Kosmiczna choroba

Jake Garn nie bawił się dobrze w kosmosie. Prawda, za oknami promu Discovery miał najlepszy widok na świecie, miał też, jako pierwszy członek amerykańskiego Kongresu na orbicie, wszelkie powody do dumy. Ale i duma, i widoki przegrywały od chwili osiągnięcia przez prom orbity z wulkanicznym odruchem wymiotnym.

Garn poleciał w kosmos, bo był jednym z ludzi pilnujących w Kongresie budżetu NASA, ale był też emerytowanym pilotem myśliwskim. Agencja była więc przekonana, że da sobie radę. Myliła się. Astronauta Mike Mullane opisał później „chorobę kosmiczną” Garna jako „jedną z najbardziej legendarnych w historii lotów kosmicznych”. Wymioty Garna wbiły się w pamięć NASA tak, że dziś astronauci siłę nieprzyjemnych odczuć związanych ze stanem nieważkości mierzą w... garnach. Jak pisze lekarz NASA, dr Robert Stevenson: „Nie wiem, czy powinniśmy opowiadać takie historie, ale Jake zapisał się w historii Korpusu Astronautów, bo osiągnął maksymalny poziom choroby kosmicznej, jaki ktokolwiek może osiągnąć. Poziom, na którym ktoś jest kompletnie chory i przez to całkowicie niezdolny do zrobienia czegokolwiek, nazywamy jednym garnem. Większość ludzi osiąga może 0,1 garna. Jego zapamiętamy na zawsze”.

Garn nie był pierwszym człowiekiem, który zwymiotował w kosmosie, ten zaszczyt przypadł Frankowi Bormanowi, dowódcy Apollo 8, który był chory przez całą drogę na Księżyc. Źródłem kłopotów astronautów jest rzecz jasna błędnik, który w stanie nieważkości wariuje. Choroba kosmiczna nie różni się więc szczególnie od choroby morskiej – i podobnie jak tamta w większości przypadków sama mija najdalej po kilku dniach. Ale inne efekty, jakie kosmiczne środowisko wywiera na nasze organizmy, są o wiele bardziej długotrwałe. I bez porównania groźniejsze.

Nie tylko mięśnie i kości

W 2015 r. NASA opracowała raport, w którym zidentyfikowała 30 czynników medycznych, które mogą wyłączyć z akcji astronautę lecącego na Marsa. I przyznała, że to dopiero początek listy, bo dopóki człowiek nie postawi stopy na Marsie, nie jesteśmy zapewne w stanie wyobrazić sobie wszystkich możliwych zagrożeń. Te, które znamy i rozumiemy, poznaliśmy głównie dzięki badaniom prowadzonym na stacjach kosmicznych, w stanie nieważkości.

Pozbawione obciążenia mięśnie są błyskawicznie konsumowane przez organizm, który uznaje je za zbędne obciążenie. NASA zarejestrowała u astronautów nawet 20-procentowy ubytek masy mięśni podczas misji trwających mniej niż 11 dni. Z tego samego powodu kości astronautów tracą około 1 proc. masy w ciągu każdego miesiąca spędzonego w stanie nieważkości. Jedynym sposobem na utrzymanie sprawności jest trening: astronauci spędzają co najmniej 2,5 godziny dziennie na specjalnie zaprojektowanej siłowni.

Brak ciążenia sprawia też, że płyny gromadzą się w głowach astronautów. Stąd charakterystyczne opuchnięte twarze, podwyższone głosy (przez ucisk na drogi oddechowe), stale zapchane zatoki i pogorszony, prawdopodobnie na resztę życia, wzrok: dno oczodołu, wypychane do przodu przez płyny, uciska gałkę oczną, zmieniając jej kształt. Skutkiem ubocznym jest też ryzyko odwodnienia, bo nagromadzenie płynów w górnej połowie ciała prowokuje organizm do częstszego oddawania moczu.

Nieważkość funduje także astronautom kilka dodatkowych centymetrów wzrostu, bo kręgosłup nie jest już dociskany do ziemi. Ale kosztem częstych bólów pleców.

Eksperyment z bliźniakami

Szczególnie cennych obserwacji dokonano dzięki rocznemu pobytowi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej astronauty Scotta Kelly’ego. To nie był rekord, rosyjski kosmonauta spędził na stacji Mir 14 miesięcy, a samemu Kelly’emu towarzyszył w rocznej wyprawie Michaił Kornijenko, ale Kelly na Ziemi zostawił bliźniaka, Marka, z którym mogli porównywać go lekarze. Po locie organizm Scotta przejawiał typowe dla astronautów zmiany, a jego niektóre geny, zwłaszcza te odpowiedzialne za naprawę DNA i system odpornościowy, zmieniły swoją ekspresję (sposób aktywacji). Podobne efekty pojawiają się u wielu ludzi przebywających w ekstremalnych, stresujących środowiskach. Większość symptomów ustąpiła po około sześciu miesiącach.

Stacja kosmiczna nie daje nam jednak pełnego obrazu tego, co spotka załogę, która wybierze się gdzieś dalej: na dłuższą wyprawę na Księżyc czy na Marsa. Tutaj w grę wejdą dwa czynniki, których dziś w pełni nie rozumiemy: jak na załogę będzie oddziaływać odległość i promieniowanie kosmiczne.

Droga z ISS na szpitalne łóżko to kwestia godzin; z Księżyca – co najmniej trzy dni. Z Marsa – osiem miesięcy. O ile w przypadku potencjalnych baz na Księżycu można pokładać nadzieje w telerobotyce – pozwalającej przy pomocy robotów prowadzić operacje lekarzom przebywającym na Ziemi, o tyle na Marsie nawet takie rozwiązanie będzie niewykonalne, bo który chirurg podejmie się operacji, jeśli na rezultat nawet najdrobniejszego ruchu będzie musiał czekać przez 20 minut?

W razie nagłych wypadków astronauci mają już techniki pozwalające na pomoc rannym. Opracowano np. sposoby udzielania pierwszej pomocy: w przypadku konieczności ręcznego stymulowania akcji serca astronauta zapiera się nogami o sufit i dociska pacjenta do podłogi. Ale jakiekolwiek bardziej skomplikowane zabiegi czy konieczność opieki nad przewlekle chorym to z punktu widzenia międzyplanetarnej misji najczarniejszy możliwy scenariusz. Oczywiście w załodze będzie zapewne chirurg, ale co, jeśli to jemu trzeba będzie udzielić pomocy? Co, jeśli na pokładzie wybuchnie epidemia grypy?

Sen z oczu planistom misji marsjańskich spędza też promieniowanie. Na Ziemi chronią nas przed nim dwie tarcze: atmosfera i pole magnetyczne Ziemi. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, leżąca tuż ponad atmosferą, jest już środowiskiem podwyższonego ryzyka radiacyjnego. Stacja, przelatując nad wschodnim wybrzeżem Ameryki Południowej, muska pas Van Allena: radioaktywny pierścień otaczający naszą planetę. Astronauci na pokładzie stacji w ciągu tygodnia przyjmują tyle promieniowania, ile mieszkaniec powierzchni Ziemi przyjmie w ciągu roku.

Ale to ciągle nic w porównaniu z realiami lotu na Marsa. „Dawki promieniowania przyjmowane przez astronautów w przestrzeni międzyplanetarnej byłyby kilkaset razy większe od tych, z którymi kontakt mają ludzie na powierzchni Ziemi i kilkakrotnie wyższe niż te dla astronautów na ISS” – pisze Jordanka Semkova z Bułgarskiej Akademii Nauk, która dzięki jednemu z marsjańskich orbiterów Europejskiej Agencji Kosmicznej zbadała dawki promieniowania, jakich doświadcza pojazd w drodze na Marsa. Astronauta lecąc na Marsa i z powrotem przyjąłby 60 proc. dawki promieniowania zalecanej na całą jego karierę. Na powierzchni planety będzie jeszcze gorzej.

Największym zagrożeniem będą wysokoenergetyczne cząsteczki produkowane np. przez odległe supernowe. To w zasadzie jądra atomów pozbawione elektronów, pędzące jak pociski przez przestrzeń – uderzając np. w cząsteczkę DNA, mogą wyrządzić duże zniszczenia. Zeszłoroczne badanie na myszach wykazało, że takie bombardowanie poważnie wpływa na funkcjonowanie jelit i żołądka, zaburzając ich zdolność do regeneracji i potencjalnie uniemożliwiając ich pracę.

Ryzyko demencji

Inne opublikowane w zeszłym roku w „Science Advances” badania na myszach dały jeszcze bardziej niepokojące rezultaty, zwłaszcza biorąc pod uwagę to, po co w ogóle wybieramy się w kosmos.

Zespół onkologa Charlesa Limolego z University of California Irvine School of Medicine pokazał, że nawet niewielkie dawki wysokoenergetycznych promieni kosmicznych mają niszczycielski wpływ na funkcje poznawcze. Poddane bombardowaniu symulowanego kosmicznego promieniowania myszy przejawiały po kilku tygodniach o wiele mniejszą ciekawość. Nie badały nowych obiektów, które pojawiały się w ich środowisku. Naukowcy ustalili, że promieniowanie wpłynęło na strukturę obszarów mózgu odpowiedzialnych za pamięć. Neurony w tych obszarach miały o wiele mniej dendrytów – długich wypustek łączących je z innymi neuronami i przekazujących sygnały – niż u grupy kontrolnej. Myszy z największymi deformacjami miały najgorsze wyniki w testach poznawczych. Zmiany wydają się permanentne i przypominają demencję.

„Podobne zmiany znajdujemy w wielu chorobach neurodegeneracyjnych, pojawiają się także w ramach procesu starzenia. Daje to nam porównanie z tym, co promieniowanie robi w mózgach gryzoni i ludzi” – pisze zespół Limolego. Inżynierowie pracują już nad sposobami efektywniejszego chronienia załogi przed promieniowaniem. Dzięki ciężkim, metalowym tarczom, sztucznemu polu magnetycznemu czy zbiornikom z pochłaniającą promieniowanie wodą. Zespół Limolego pracuje zaś nad farmakologicznymi sposobami redukcji tego negatywnego wpływu.

Trudniej będzie farmakologicznie rozwiązać problemy psychologiczne. A to one mogą zadecydować o być albo nie być marsjańskiej misji.

Jeffrey Johnson, antropolog z University of Florida, badał przez cztery lata załogi pięciu baz na Antarktydzie: Amerykanów, Rosjan, Chińczyków, Hindusów i Polaków. Sprawdzał, jak ekstremalne warunki, izolacja i ciasnota wpływają na interakcje w zespole, i jakie typy osobowości radzą sobie w takich warunkach najlepiej. Owszem, twardziele znajdują w takich zespołach swoje miejsce. Ale Johnson odkrył, że żaden zespół nie jest w stanie na dłuższą metę funkcjonować skutecznie bez gawędziarzy, mediatorów i... klaunów. „Te role są nieformalne, one same pojawiają się w grupie, ale ciekawe jest to, że jeśli masz właściwą kombinację charakterów, grupa radzi sobie świetnie, jeśli jej nie masz – bardzo źle – tłumaczy. – W załodze musi być ktoś, kto pomoże wszystkim dogadać się ze sobą, tak żeby mogli wykonywać swoje zadania i bezpiecznie wrócić. To krytyczne dla misji”.

Nie tylko kosmicznych. W 1910 r. jednym z najważniejszych członków wyprawy Roalda Amundsena na Biegun Południowy był kucharz, Adolf Lindstrøm. Nawet nie ze względu na kulinarne talenty, ale przez to, że okazał się największym kawalarzem na Antarktydzie i utrzymał morale oraz spójność grupy. „Oddał większe usługi norweskiej wyprawie niż jakikolwiek inny człowiek” – napisał o nim w pamiętniku Amundsen. Tymczasem konkurencyjna, tragicznie zakończona wyprawa Roberta Scotta niemal natychmiast rozpadła się na kliki.

Strajk w metalowej puszce

Podczas misji, które opuszczą ziemską orbitę, najważniejszym czynnikiem wpływającym na morale będzie zapewne narastające poczucie izolacji. Im dalej od Ziemi, im większy dystans muszą pokonać fale radiowe, tym większe opóźnienie w łączności – na Marsie dwukierunkowa rozmowa oznaczałaby 20-minutowe oczekiwanie na odpowiedź. Tymczasem nawet niewielkie opóźnienie w łączności z Ziemią jest złe dla stanu psychicznego załogi. Kiedy NASA eksperymentalnie wprowadziła 50-sekundowe opóźnienie w łączności z ISS, natychmiast spadło samopoczucie załogi i wzrosła jej frustracja.

A frustracja w kosmosie bywa bardzo niebezpiecznym zjawiskiem, o czym agencja przekonała się już prawie pół wieku temu. W 1973 r. trzyosobowa załoga stacji Skylab, przeładowana pracą, pozbawiona choćby minuty wolnego czasu... zastrajkowała. Przez niemal całą dobę astronauci nie robili nic poza patrzeniem przez okno. Podobnie miała się zachować jedna z załóg radzieckich stacji Salut.

Rosjanie wyodrębniają cztery fazy przystosowania się załogi stacji kosmicznej do nowych warunków. I nie rysują one różowego obrazu tego, jak wygląda życie w kosmosie. Pierwsza jest zdominowana przez fizjologię i adaptację do życia w stanie nieważkości. Astronauci nie są w pełni zdolni do pracy, dopóki ich organizmy nie dostosują się do mikrograwitacji. Pełna adaptacja – fizyczna i psychologiczna – następuje około szóstego tygodnia. Ale problemy pojawiają się szybko. Około 12. tygodnia zaczyna się zwyczajna ziemska nuda. Astronauci wykazują problemy ze snem, zmiany w nastroju, wpadają w apatię albo fiksują się na jednym, konkretnym zadaniu. Pojawia się także nadwrażliwość na hałasy, a w pewnych przypadkach stan nazwany przez Rosjan „astenią”: wyczerpanie, brak aktywności, motywacji i apetytu, w ekstremalnych przypadkach przechodzące w ciężką depresję, bądź przeciwnie – maniakalną euforię. I dopiero tuż przed zakończeniem misji sam proces przygotowania do powrotu przywraca załogę do stanu zbliżonego do poprzedniego.

Psychologowie lotów kosmicznych sięgają więc po doświadczenia innych grup, które spędzają długi czas w ekstremalnych warunkach i zamknięciu: w więzieniach, okrętach podwodnych czy bazach antarktycznych. Jednym z najprostszych sposobów na poprawę morale są zdjęcia. Obrazki zwyczajnej (ziemskiej) codzienności – przyrody, rodziny, znajomych stron. W kosmosie przydać się może wirtualna rzeczywistość, która pozwoli załodze choćby w taki sposób wyrwać się na chwilę z metalowej puszki. Dziś filmy VR są testowane jako sposób na poprawę nastroju przywiązanych do łóżka seniorów.

Część ekspertów sugeruje jednak, że wiele medycznych i psychologicznych problemów można rozwiązać stosunkowo prosto: wysyłając, np. na Marsa, załogę składającą się wyłącznie z kobiet. Kobiety mają zwykle sprawniejsze układy krwionośne i odpornościowe, lepiej też znoszą przebywanie w zamkniętej przestrzeni z innymi ludźmi i izolację od reszty świata. I, co z punktu widzenia projektowania misji jest cennym bonusem, są mniejsze i potrzebują nieco mniej wody i pożywienia.

Ryzyko jest ogromne, ale czy warto? Jake Garn sądzi, że tak. „Uwierzcie mi, wymiotowałbym każdego dnia, gdyby to pozwoliłoby mi znowu polecieć w kosmos” – powiedział w wywiadzie w 20. rocznicę swojego lotu. Czy człowiek, który jest wzorcem z Sèvres dla kosmicznych lekarzy, może się mylić? ©