Gir lange turer til verdensrommet hjerneskade?

Dette er en Inside Science historie.

I løpet av de siste årene har forskere publisert forskning som tyder på at menneskers hjerner forandrer seg etter å ha tilbrakt mer enn noen få måneder i verdensrommet. Disse studiene startet fordi astronauter opplevde problemer som synsproblemer og hovne optiske nerver da de kom tilbake til jorden etter lange oppdrag.

Forskere lurer nå på om disse lengre reisene til verdensrommet skader hjernen. I en ny studie av fem mannlige kosmonauter (russiske astronauter) så forskere på nivåer av forskjellige proteiner i blodet som ofte også sees hos personer med en slags hodetraume eller hjernesykdom. De fant at kosmonautene i gjennomsnitt hadde høyere nivåer av noen av proteinene de tre ukene etter oppdraget enn før.

Dr. Donna Roberts, en nevroradiolog ved Medical University of South Carolina i Charleston som ikke bidro til den nye artikkelen, sa at flere studier må gjøres for å avgjøre om disse endringene er klinisk signifikante, men at den nye artikkelen er “en eksempel på den typen tester vi må begynne å gjøre mer av” for bedre å forstå effekten av hjernens endringer under langvarig romfart.

Effektene av langsiktig romfart på mennesker

I over 20 år har mennesker besøkt den internasjonale romstasjonen, som går i bane rundt jorden mer enn 200 miles over planeten. En typisk tur varer i omtrent seks måneder. Romstasjonen er i fritt fall rundt jorden, så folk på romstasjonen opplever en tilstand av nesten vektløshet. Slik “mikrogravitasjon” antas å være hovedårsaken til en rekke endringer menneskekroppen kan oppleve under romfart, inkludert tap av muskler og bentetthet.

I løpet av de siste par årene har hjerneavbildning også avslørt et tap i volum av grå substans, som inneholder cellelegemene til nevroner, og et økt volum av cerebrospinalvæske. Roberts, som bruker bildediagnostikk for å studere effekten av romfart på hjernen, har publisert forskning som viser at hos noen mennesker som har hatt lange oppdrag på ISS, har hjernen deres beveget seg opp i hodet mot toppen av skallen og cerebrospinalvæsken. opptar mer plass under og i midten av hjernen.

Men forskerne vet ikke hva disse hjerneforandringene kan bety for folks helse og kognisjon. Dr. Peter zu Eulenburg, en av de første forfatterne av den nye studerepublisert online 11. oktober i JAMA Neurology, sa de tidligere studiene reiste spørsmål: “Er det noen skade på hjernen? Er dette virkelig skadelig for kosmonautene?”

Ser på blod for tegn på hjerneskade

For å se etter bevis på hjerneskader, målte zu Eulenburg og hans kolleger nivåene av fem forskjellige proteiner i blodet til fem mannlige kosmonauter både før og etter omtrent seks måneder lange turer til romstasjonen.

Disse proteinene er biomarkører som “kan fortelle oss om hjernens status uten å åpne opp hjernen,” sa Keisuke Kawata, en nevroforsker ved Indiana University Bloomington. Kawata, som studerer repeterende hodepåvirkninger og ikke bidro til studien, sa at den beste væsken for å studere biomarkører er cerebrospinalvæske i hjernen og ryggmargen, men å få tilgang til den krever en invasiv ryggrad. Å ta blod er mye lettere, og blod “er den nest beste biologiske væsken for å teste hjernens helse,” sa han.

Biomarkørene i studien kan brukes “til indirekte å evaluere omfanget av skade” på grunn av nevrodegenerasjon eller en traumatisk skade, sa zu Eulenburg, som er nevrolog og professor i nevroimaging ved det tyske senteret for svimmelhet og balanseforstyrrelser. Neurofilament lett kjede, for eksempel, er et strukturelt protein som opprettholder nevronenes aksoner, som overfører signaler til andre nevroner.

Hos en sunn person, “bør du ikke oppdage mye av de strukturelle proteinene i blodet,” sa Kawata. Men hvis noen har en nevrodegenerativ tilstand, løsner proteinene fra nevronene og kan komme inn i blodet.

Tolke resultatene

Forskerne målte fem proteiner 20 dager før lansering og beregnet gjennomsnittsnivået for hvert protein på tvers av de fem kosmonautene. De sammenlignet dette med gjennomsnittsnivået én dag, én uke og 20 til 25 dager etter at kosmonautene kom tilbake til jorden.

To av proteinene hadde forhøyede nivåer både én dag og én uke etter oppdragene. Disse nivåene falt i løpet av de neste to ukene, men holdt seg over kosmonautenes grunnlinjenivå fra før oppdragene. Et tredje protein var ikke signifikant forhøyet den første uken etter retur og hadde falt under baseline etter tre uker, så det var ikke indikasjon på potensiell hjerneskade. For de to siste proteinene ser forskerne vanligvis på forholdet mellom det ene og det andre. Forholdet falt etter at kosmonautene kom tilbake, en trend som noen ganger sees hos personer med en nevrodegenerativ tilstand.

Zu Eulenburg sa at det faktum at noen nivåer forble forhøyet i hele tre uker var “veldig overraskende”, og resultatene “verifiserte hjerneskade som en konsekvens av langvarig eksponering for mikrogravitasjon.”

“Dette er åpenbart en pilotstudie, men datakvaliteten og analysene er så robuste at jeg ikke er i tvil om den samlede effekten,” sa han.

Alvorligheten av disse effektene er fortsatt usikker. Roberts sa at papiret inneholder “initielle data som tyder på at det er en type skade på hjernen,” men advarte om at mer arbeid må gjøres for å vise effekten på astronautenes helse. Kawata sa at papiret ikke er bevis på at hvis du drar til verdensrommet, kommer du til å få Alzheimers sykdom, for eksempel.

Både Roberts og Kawata ønsker fremtidige studier for å måle biomarkørene i mer enn tre uker etter at astronautene kommer tilbake, så vel som mens de er på romstasjonen, noe som vil bidra til å avgjøre om de forhøyede nivåene skyldes tid brukt i mikrogravitasjon, snarere enn endringen i tyngdekraften ved retur, eller den intense kraften som oppleves under landing.

Roberts sa at å forstå årsaken til de forhøyede biomarkørene ville hjelpe romfartsorganisasjoner med å finne ut hvilke typer tiltak som best motvirker effektene. Zu Eulenburg mener tid brukt i mikrogravitasjon er den mest sannsynlige årsaken, siden avbildningsstudier har vist at endringer i hjernen ikke skjer for mennesker på kortere turer, så de forhøyede nivåene kan starte mens astronautene fortsatt er i verdensrommet.

Kawata sa at det ikke burde være et stort problem hvis biomarkører bare er forhøyet i et par uker totalt. Men zu Eulenburg sa via e-post at tre uker med forhøyede nivåer er et tegn på en “betydelig” reparasjonsprosess. Og andre studier har vist at endringer i hjernen og kognitive effekter varer i minst flere måneder etter å ha tilbrakt måneder i verdensrommet, noe som tyder på at forhøyede biomarkører kan vare lenger enn et par uker.

“Jeg ville være veldig forsiktig med å gjøre et ettårig oppdrag ombord [space station] uten tilstrekkelige mottiltak på plass,” sa zu Eulenburg.

Roberts sa at hun føler seg trygg på at vitenskapen vil være i stand til å finne måter å beskytte astronauter mot uønskede effekter. “Til syvende og sist er målet vårt å bli en multianetær art … men vi må være smarte med det underveis.”

Inside Science er en redaksjonelt uavhengig nonprofit-nyhetstjeneste på trykk, elektronisk og videojournalistikk som eies og drives av American Institute of Physics.