Egy űrálom vége? - A Mars-utazás szó szerint összetörheti a szívünket

Amikor az emberiség végre rászánja magát, hogy űrhajósokat küldjön a Marsra vagy a mélyűr más távoli pontjaira, a legénységnek két olyan kím...

Amikor az emberiség végre rászánja magát, hogy űrhajósokat küldjön a Marsra vagy a mélyűr más távoli pontjaira, a legénységnek két olyan kíméletlen környezeti tényezővel kell majd szembenéznie, amelyektől a Föld jótékony felszíne és atmoszférája teljes mértékben megvédi az itt élőket.

Ez a két láthatatlan ellenség a kozmikus sugárzás és a súlytalanság. A tudósok már régóta tisztában vannak azzal, hogy mindkét hatás drasztikus változásokat idéz elő az emberi szervezetben, ám az eddig rejtély maradt, hogy pontosan mekkora a károsodás mértéke, és hogy ezek a hatások meddig tartanak a küldetés befejeződése után.

A Wisconsin-i Orvosi Egyetem kutatói egy friss, a PLoS One című tudományos folyóiratban megjelent tanulmányban keresték a választ ezekre a húsbavágó kérdésekre, és az eredményeik sajnos korántsem adnak okot a felhőtlen optimizmusra a hosszú távú űrutazások biztonságát illetően. (1)

Mivel az emberiség még nem épített olyan mélyűri kutatóállomást, ahol közvetlenül a természetes kozmikus környezetben lehetne hosszú távú kísérleteket végezni, a kutatóknak jobb híján a földi laboratóriumok adta lehetőségekkel kell beérniük. Ráadásul az ilyen extrém és potenciálisan életveszélyes terheléseknek kitett vizsgálatokat embereken végezni nemcsak technikailag kivitelezhetetlen, de súlyosan etikátlan is lenne.

Éppen ezért a szakemberek a biológiai kutatások egyik legmegbízhatóbb sarokkövéhez, a laboratóriumi patkányokhoz fordultak segítségért. A kísérlethez szándékosan középkorú állatokat választottak ki, hogy azok életkora a lehető legjobban modellezze a hivatásos, tapasztalt űrhajósok átlagos korát, így a kapott adatok relevánsabbak az emberi szervezetre nézve.

A súlytalanság állapotának földi szimulációjára a NASA korábban kifejlesztett egy speciális eljárást, amelyet a hátsó végtagok tehermentesítésének neveznek. A kísérlet során a patkányokat egy egyedi hám segítségével a farkuknál fogva harminc fokos szögben megdöntve függesztették fel harminc napon keresztül, így a hátsó lábaik nem érintették a talajt. Ez a sajátos pozíció tökéletesen utánozza a mikrogravitáció élettani hatásait, mivel a testben lévő folyadékok jelentős része a fej irányába áramlik, a test alsó része pedig teljesen mentesül a súlyterhelés alól, pont úgy, mintha az állatok a világűrben lebegnének.

A kozmikus sugárzás hűséges modellezése még a gravitáció kiiktatásánál is összetettebb feladat, amely rendkívül kifinomult berendezéseket igényel. Szerencsére a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban működő NASA Űrsugárzási Laboratórium rendelkezik azzal a technológiával, amely képes reprodukálni azt a pusztító sugárzási környezetet, amely a Naprendszert bombázza a Föld védőpajzsán kívül.

A kísérletben egy öt iont és hat nyalábot használó kozmikus sugárzás-szimulátort alkalmaztak. Ez a gép képes elképesztő sebességű protonokkal és olyan nehézionokkal, mint a szilícium és a vas, bombázni a célobjektumot, vagyis pontosan olyan részecskékkel, amelyek a Mars felé tartó űrhajó falán is képesek lennének áthatolni.

A kísérlet menete rendkívül megterhelő volt az alanyok számára. A patkányokat először öt napig tartották a súlytalanságot szimuláló felfüggesztésben, majd néhány perc erejéig egy rendkívül intenzív, több hónapnyi űrbéli sugárzásnak megfelelő dózissal bombázták őket, végül pedig további huszonöt napon át folytatódott a lábak tehermentesítése.

Ezt követően az állatok visszatérhettek a normális kerékvágásba, és életük végéig megfigyelés alatt tartották őket. Ez a nagyjából egyéves megfigyelési időszak a patkányok életciklusát tekintve körülbelül huszonöt emberi évnek felel meg, ami lehetővé tette a kutatók számára, hogy a késői, hosszú távú hatásokat is pontosan feltérképezzék.

A tanulmány három fő megállapítást emelt ki, amelyek közül az első közvetlenül a szívet érintette, amely eredetileg is a kutatás gyújtópontjában állt. A magasabb sugárzási dózist kapott patkányoknál egy veszélyes elváltozás, úgynevezett perivaszkuláris fibrózis kezdett kialakulni. Ez egy olyan hegszövet, amely szorosan körülöleli és valósággal fojtogatja a szívet vérrel ellátó koszorúereket.

Kilenc hónappal a sugárzás után ez a hegszövet a duplájára nőtt, annyira beszűkítve a vérereket, hogy a szívinfarktus kockázata drámaian megemelkedett. Ami a kutatókat is meglepte, az az volt, hogy a súlytalanság szimulációja önmagában szinte semmilyen hatással nem volt erre a folyamatra; a szív elváltozásait szinte kizárólag a kozmikus sugárzás okozta.

Amikor a kutatók egy alacsonyabb dózissal kísérleteztek – amely pontosabban felel meg annak a teljes sugárzásmennyiségnek, amelyet egy űrhajós egy hároméves Mars-misszió során elszenvedne –, a szívhegesedés nem jelentkezett azonnal a küldetés szimulált lezárása után. Azonban egy év elteltével, ami az emberi életkorban évtizedeknek felel meg, a patkányok nyolcvanhárom százalékánál mégis kifejlődött a betegség. Ez azt jelenti, hogy a sugárzás alattomos hatásai akár évtizedekig is lappanghatnak az emberi szervezetben, mielőtt végzetes tüneteket produkálnának.

A második aggasztó felfedezés az immunrendszert érintette. Hónapokkal a kísérlet után a patkányok lépében a természetes ölősejtek, vagyis az NK-sejtek száma a kétharmadával csökkent. Mivel ezek a sejtek kulcsfontosságúak a vírussal fertőzött és a rákos sejtek elpusztításában, a tartós hiányuk védtelenné teszi a szervezetet a daganatos megbetegedésekkel szemben.

Ebben az esetben a mikrogravitáció és a sugárzás kéz a kézben jártak: azok a patkányok, amelyek csak a súlytalanságot tapasztalták meg, idővel teljesen felépültek, de a sugárzást is kapott csoportban a regeneráció elmaradt, mivel a kozmikus sugarak tartósan károsították a csontvelő stresszreakciós képességét.

A harmadik csapást a fehérvérsejtek genetikai vizsgálata mutatta ki. Csaknem nyolc hónappal a sugárzás után a kutatók állandósult mutációkat fedeztek fel a sejtek genomjában, amelyek közvetlenül kapcsolódnak egy CHIP néven ismert időskori vérképzőszervi állapothoz. A Földön ez a jelenség az öregedéssel jár együtt, amikor egyetlen mutáns vérsejt elszaporodik a többi kárára, ami megnöveli a leukémia, valamint a szívinfarktus és a stroke kockázatát az artériák gyulladása miatt. Az űrsugárzás lényegében drasztikusan felgyorsította a biológiai órát, és idő előtt tönkretette a szív- és érrendszert.

Bár a kísérletnek vannak korlátai – például az, hogy a sugárzást egyszerre kapták meg az állatok, nem pedig évek alatt elnyújtva, illetve hogy csak hím patkányokat vizsgáltak –, az eredmények világos figyelmeztetést jelentenek. A mélyűr elhagyása és a Föld védelmének hiánya óriási élettani árat követel, amelyet az emberiségnek meg kell tanulnia kivédeni, mielőtt elindulna a vörös bolygóra. (2)

(1) - https://journals.plos.org/plosone/article
(2) - https://www.universetoday.com/articles