Viața în spațiu – ce se întâmplă în corpul tău după un an pe Stația Spațială26 min read

Doi frați gemeni identici, ambii astronauți, sunt urmăriți pe o perioadă de mai bine de doi ani. Unul pleacă într-o misiune de un an în spațiu, altul rămâne pe pământ.

Nu este vorba despre scenariul celui mai nou blockbuster hollywoodian. Sunt rezultatele unei ample cercetări NASA în timpul unei misiuni spațiale care a durat un an. Prima persoană care a călătorit în spațiul cosmic a fost cosmonautul rus Yuri Gagarin, la 12 aprilie 1961. De atunci și până în prezent, 559 de persoane au zburat în spațiu. Cu toate acestea, misiunile spațiale lungi (o misiune spațială este considerată a fi de lungă durată dacă însumează mai mult de 300 de zile petrecute în spațiu) sunt foarte rare. Doar opt astronauți au participat la misiuni mai lungi de 300 de zile și doar patru dintre aceștia au petrecut un an sau mai mult în spațiu în decursul unei singure misiuni.

CITEȘTE ȘI: Lansarea SpaceX-NASA e un moment crucial pentru viitorul explorării spațiale

Prin urmare, o misiune de un an în spațiu a reprezentat pentru cercetătorii americani o oportunitate deosebit de importantă de a studia și a analiza impactul perioadelor lungi de timp petrecute în condiții fizice mult diferite de cele de pe Pământ asupra fiziologiei umane, asupra stării fizice și psihice a astronauților.

În ce fel ne afectează perioadele lungi de timp petrecute în spațiul cosmic?

Așa-numita „Misiune de un an” a avut loc în perioada martie 2015 – martie 2016, fiind o expediție în parteneriat ruso-american. Obiectivul acestei misiuni a fost de a colecta date despre efectele pe termen lung ale perioadelor lungi de timp petrecute în spațiul cosmic asupra sănătății fizice și psihice a astronauților. Fiecare din cele două state a desemnat un astronaut care să petreacă un an – mai precis 340 de zile – la bordul Stației Spațiale Internaționale (SSI). Rușii l-au ales pe Mikhail Kornienko, iar americanii pe Scott Kelly.

În paralel, însă, NASA a realizat o analiză suplimentară. Astronautul Scott Kelly – ales pentru a participa la „Misiunea de un an” – are un frate geamăn identic, Mark Kelly, care era și el astronaut la acea vreme. Această coincidență îi face pe frații Kelly candidații perfecți pentru un studiu desfășurat în paralel cu „Misiunea de un an”.

Așa a luat naștere „NASA Twins Study”, un amplu studiu despre modul în care timpul petrecut în spațiul afectează corpul uman în cele mai mici detalii. Scott Kelly a fost subiectul de analiză, el a petrecut un an la bordul Stației Spațiale. Fratele său geamăn, Mark Kelly, a rămas pe pământ, reprezentând lotul perfect de control. Fiind gemeni monozigoți, cei doi frați sunt identici din punct de vedere genetic. În acest fel, NASA a putut studia și analiza în cel mai mic detaliu efectele timpului petrecut în spațiu asupra corpului uman.

Amplul studiu NASA a reunit și integrat zece echipe diferite de cercetători din opt state. În total, 84 de cercetători au investigat fiecare modificare biologică, oricât de subtilă, suferită de Scott Kelly în lunga sa misiune în spațiu, de la nivel fiziologic și cognitiv până la nivel genetic și molecular.

Acum, la aproape trei ani de la încheierea „Misiunii de un an”, rezultatele finale ale studiului întreprins de cercetătorii de la NASA asupra celor doi astronauți gemeni au fost publicate în revista Science. Articolul este însoțit de un editorial pe același subiect, iar coperta numărului din aprilie al revistei Science este dedicată și ea celor doi astronauți.

Într-un moment în care omenirea ia în calcul misiuni spațiale tot mai lungi, rezultatele studiului întreprins de NASA sunt instrumente valoroase pentru a înțelege mai bine modul in care corpul omenesc este afectat de traiul pe perioade lungi de timp în spațiul cosmic.

Metodologia studiului

Scott și Mark Kelly sunt gemeni monozigoți – identici din punct de vedere genetic – și ambii astronauți NASA. La momentul inițierii studiului, cei doi aveau 50 de ani.

Scott petrecuse până la acel moment 180 de zile în spațiul cosmic. Înainte de momentul selecției sale pentru „Misiunea de un an”, fusese consemnat la sol de patru ani. Fratele său, Mark, petrecuse în total 54 de zile în spațiu și, la fel ca fratele său, nu mai zburase în spațiu de aproape patru ani la momentul inițierii studiului.

Studiul NASA s-a desfășurat pe o perioadă totală de 25 de luni. Acesta a inclus o perioadă înainte de misiunea spațială, anul petrecut de Scott la bordul SSI și de Mark la sol și o perioadă semnificativă de timp după întoarcerea lui Scott la sol. În toata această perioadă de timp, cei doi frați au urmat protocoale stricte, au participat la teste fizice și cognitive și au oferit mostre de materiale biologice pentru studiul comparativ.

Printre altele, în anul petrecut la bordul Stației Spațiale, Scott Kelly și-a recoltat singur sânge pentru analize și și-a administrat un vaccin antigripal. Oamenii de știință de la NASA au vrut să afle dacă răspunsul imunologic al organismului se modifică în timpul călătoriilor spațiale. Pe Pământ, fratele său a fost supus aceluiași protocol și aceluiași calendar de analize și vaccinare, reprezentând lotul de control.

La bordul stației spațiale, Scott a colectat și pus deoparte pentru analiză mostre de sânge și plasmă, salivă, piele și urină și a efectuat periodic teste cognitive și de optometrie. Multe din mostrele colectate de Scott în spațiu au fost păstrate la -80°C și analizate după întoarcerea sa pe Pământ. Asta deoarece trimiterea mostrelor biologice de la bordul SSI pe Pământ folosind navetele care aprovizionează periodic Stația Spațială implică o călătorie de peste 45 de ore prin atmosfera Pământului, în condiții dificile, care alterează mostrele (acestea sunt supuse unor modificări extreme de temperatură și unor vibrații de mare frecvență, care pot duce la inevitabile alterări ale materialului biologic).

Epigenetica sau „natură versus mediu”

Un important aspect al acestui amplu studiu a vizat o analiză a celor doi frați din perspectivă epigenetică. Epigenetica este ramura geneticii care studiază variația trăsăturilor fenotipice în funcție de aspectele mediului înconjurător. Cercetătorii de la NASA au vrut să analizeze în ce fel se modifică comportamentul genelor în spațiu și, în consecință, cum este afectat modul in care celulele corpului uman codifică aceste gene.

Spațiul cosmic este un mediu foarte diferit de cel în care trăiesc majoritatea oamenilor, pe Pământ. De la expunerea la radiații și microgravitație până la timpul petrecut în izolare și într-un spațiu foarte limitat, în timpul misiunilor spațiale astronauții sunt forțați să se adapteze traiului într-un mediu foarte diferit. Pentru cercetători, este important să noteze și să analizeze modul în care corpul uman se modifica ușor pentru a se adapta la acest mediu diferit. De asemenea, este important de observat câte din modificările survenite în timpul petrecut în spațiu sunt permanente și în ce măsură corpul uman „își revine la normal” odată revenit pe Pământ.

Care sunt efectele reziduale ale timpului petrecut în spațiul cosmic? Pentru a răspunde acestei întrebări, cercetătorii de la NASA au vrut să aibă informații biologice colectate la începutul studiului – înainte de zbor –, în timpul misiunii spațiale și după încheierea acesteia, pentru a analiza modificările survenite în fiziologia celor doi astronauți în timp.

Ce fel de schimbări se produc în corpul uman în spațiul cosmic?

Rezultatele studiului întreprins de NASA au arătat că cel puțin zece procese fiziologice au fost influențate într-o anumită măsură în timpul călătoriei în spațiu. Printre modificările notate de cercetători se numără: modificări ale masei corporale și ale compoziției microbiomului, schimbări cardiovasculare, adaptări oculare, modificări cognitive, modificări în lungimea telomerilor și în transcripția unor gene (modificări epigenetice).

O parte din aceste modificări notate au confirmat rezultatele unor studii similare, care au analizat modul în care sănătatea astronauților este influențată de perioadele de timp petrecute în spațiu. Altele au fost descoperiri noi, care vor trebui să fie confirmate de studii viitoare.

De asemenea, trebuie precizat că o mare parte din modificările survenite au fost inversate odată cu revenirea astronautului la sol. Altele, însă, au fost permanente, sau și-au făcut simțita prezența după întoarcerea pe Pământ. Să le luăm pe rând:

Modificări în lungimea telomerilor

Una din cele mai interesante modificări notate de cercetători a vizat modificarea lungimii telomerilor astronautului în spațiu. Telomerii sunt „capetele” cromozomilor, regiuni de ADN repetitiv care protejează integritatea cromozomului. Dacă cromozomii sunt niște sfori împletite, niște corzi, telomerii ar putea fi reprezentați vizual ca mânerele sau capetele înnodate ale corzii, care protejează sfoara și o împiedică să se deșire. Lungimea telomerilor a fost asociată cu vârsta reală a organismului. Asta deoarece la fiecare diviziune celulară, telomerii se scurtează. Prin urmare, scurtarea telomerilor este un semn al îmbătrânirii celulare și tisulare și poate predispune la apariția unor boli degenerative.

Însă cercetătorii nu au observat o scurtare a lungimii telomerilor în spațiu, ci o alungire a acestora. Descoperirea a fost cu atât mai interesanta cu cât, după întoarcerea lui Scott la sol, majoritatea telomerilor au suferit o scurtare rapidă (în decurs de mai puțin de 48 de ore, notează autorii studiului).

Cercetătorii au teoretizat că stresul fizic cauzat de revenirea astronautului la sol a dus la o scurtare rapidă a telomerilor. În paralel, cercetătorii au notat o creștere a răspunsului inflamator al organismului – un alt răspuns al corpului uman la stres și la schimbarea bruscă de mediu.

Performanța cognitivă

Integritatea și performanța funcțiilor cognitive sunt esențiale în cazul astronauților, fiind strâns legate de performanța misiunii spațiale. Astronauții sunt supuși periodic la teste ale funcțiilor cognitive în timpul misiunilor în spațiu. Nu este de mirare că evaluarea funcției cognitive înainte, în timpul și după încheierea „Misiunii de un an” a reprezentat o parte importantă a studiului efectuat de NASA.

Atât Scott cât și fratele său, Mark, au fost supuși periodic unei baterii de teste cognitive. Pe întreg parcursul misiunii spațiale, Scott și Mark Kelly au avut rezultate similare la aceste teste. Rezultatele nu au indicat instalarea unui deficit cognitiv în timpul misiunii spațiale, ba din contră. Testele au arătat o creștere a vitezei de răspuns cognitiv în primele luni ale misiunii spațiale, precum și o îmbunătățire a orientării spațiale și a acurateței motorii – toate semne ale adaptării pozitive la condițiile de mediu.

În schimb, cercetătorii au notat un declin al performanței cognitive după întoarcerea lui Scott Kelly pe Pământ. Acest declin s-a menținut în anumite domenii ale cogniției chiar și la șase luni după încheierea misiunii. Cercetătorii au stipulat că întoarcerea astronauților pe Pământ după o lungă misiune în spațiu presupune procedee adaptative mai intense și mai dificile decât se credea inițial.

Îngroșarea peretelui arterei carotide

O altă schimbare remarcată de cercetători a fost o îngroșarea a peretelui arterei carotide în cazul lui Scott, schimbare care nu a fost înregistrată și la fratele său geamăn rămas la sol. Oamenii de știință vor trebui să aprofundeze cercetările pentru a stabili în ce măsură zborul în spațiul cosmic poate afecta sănătatea cardiovasculară a astronauților.

Cercetătorii au mai observat anumite schimbări în expresia genelor asociate cu timpul petrecut într-un mediul ostil, schimbări în structura microbiomului intestinal și schimbări cardiovasculare adaptative asociate cu timpul petrecut în microgravitație. De asemenea, Scott a pierdut 7% din masa corporală în timpul misiunii spațiale, în timp ce fratele său, pe Pământ, a înregistrat o creștere de 4% a masei corporale.

Vaccinurile funcționează și în spațiu

Este interesant de precizat că răspunsul imunologic al organismului nu a fost modificat în spațiu – ambii astronauți au avut un răspuns imunologic similar la administrarea vaccinului antigripal. Este pentru prima dată când un vaccin a fost administrat unui astronaut în spațiu, iar răspunsul imunologic a fost unul pozitiv, notează cercetătorii.

Foto: NASA

Importanța și limitările studiului

Studiul NASA a profitat de oportunitatea unică de a analiza efectele timpului petrecut în spațiu asupra fiziologiei și cogniției umane. Rezultatele au indicat că oamenii se adaptează surprinzător de bine la modificări drastice de mediu.

Schimbările fiziologice suferite de Scott în timpul misiunii sale de aproape un an au fost minore, fără efecte drastice asupra sănătății, atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. De asemenea, majoritatea modificărilor înregistrate în timpul misiunii spațiale au fost inversate după întoarcerea la sol. Declinul performanței cognitive după întoarcerea astronautului la sol poate fi îngrijorător, însă și în acest caz diferențele, deși notabile din punct de vedere statistic, au fost minore. Per ansamblu, la toate nivelele: fiziologic, biologic, molecular și cognitiv, Scott s-a adaptat aproape impecabil la traiul într-un mediu foarte diferit și foarte neprietenos – spațiul cosmic.

Ce a fost inedit la aceasta cercetare a fost posibilitatea de a avea un lot perfect de control la sol, față de care cercetătorii au comparat modificările înregistrate la nivel biologic, fiziologic și molecular: un frate geamăn al astronautului plecat în spațiu.

Să găsești doi astronauți gemeni este o ocazie unică pentru un studiu asupra fiziologiei umane. Până în prezent, Scott și Mark Kelly sunt singurii astronauți gemeni din istoria călătoriilor spațiale. Au mai fost cazuri în care astronauții participanți la misiuni aveau frați gemeni identici, ceea ce nu s-a mai întâlnit până la acest moment a fost ca ambii frați să fie astronauți. Asta înseamnă că ambii aveau aceeași pregătire fizică de bază și ambii petrecuseră perioade de timp diferite în spațiul cosmic până la momentul inițierii studiului.

Acesta este marele atu al acestei cercetări, dar și principala sa limitare. Inevitabil, un studiu la care participă doar două persoane, oricât de exhaustiv ar fi, este limitat. Va fi nevoie de cercetări viitoare care să verifice și să confirme rezultatele obținute în cadrul acestui studiu referitor la efectele biologice, fiziologice, genetice și cognitive ale zborului în spațiul cosmic asupra fiziologiei umane.