Na putu za Mars astronauti će spavati zimski san

Jedan astronaut dnevno konzumira oko 30 kilograma hrane i vode. Pomnožite to s otprilike 16 mjeseci, koliko bi trajao put do Marsa i nazad, i dobijete povelik teret koji bi se trebao uskladištiti u svemirskom brodu.

Astronauti u hibernaciji, s druge strane, ne bi puno jeli ni pili, a trošili bi minimalnu količinu kisika. Hibernacija bi stoga mogla uštedjeti ogromnu količinu novca, smanjujući količinu potrebne hrane za 75 posto, a potrebnu veličinu svemirske letjelice čak i do trećine.

Tu su i psihološki faktori koje treba uzeti u obzir. Astronauti koji hiberniraju ne bi se dosađivali, bili pod stresom ili usamljeni, a bilo bi im potrebno manje vremena i prostora za održavanje forme ili zabavu.

“Postoji neizvjesnost kako će ljudi reagirati, kad se toliko udalje od Zemlje, na to da je više neće vidjeti. Ne znamo koliki će to izazvati stres”, kaže Leopold Summerer, voditelj naprednih koncepata Europske svemirske agencije (ESA).

Hibernacija bi trebala biti korisna i za zdravlje. Bez sile gravitacije astronauti u svemiru doživljavaju gubitak mišića i smanjenje gustoće kostiju. Čak i na Međunarodnoj svemirskoj postaji, na kojoj je visokotehnološka oprema za teretanu dostupna 24 sata dnevno i poštuju se strogi protokoli vježbanja, astronauti gube do 20 posto mišićne mase.

Gubitak mišića bio bi još veći problem za misiju na Mars jer ne bi bilo ekipe koja bi čekala astronaute pri slijetanju na Crveni planet.

Hibernacija bi mogla pružiti zaštitu od tih rizika. Životinje koje spavaju zimski san ulaze u posebno stanje koje se naziva torpor, pri čemu im se metabolizam usporava, a padaju broj otkucaja srca, disanje i tjelesna temperatura. Čak se i tjelesne stanice umire i prestanu dijeliti.

Torpor, koji se razlikuje od sna, omogućuje životinjama da sačuvaju energiju u periodu nestašice hrane. Međutim čini se da također štiti od nekih štetnih učinaka putovanja u svemir. Naprimjer, vjeverice su pokazale otpornost na visoke razine zračenja tokom hibernacije vjerovatno zato što se stanice u hibernaciji repliciraju mnogo manjim stopama i stoga su prirodno manje osjetljive na oštećenja zračenjem.

Čini se da ulazak u stanje poput omamljenosti također pomaže medvjedima i vjevericama da očuvaju strukturu kostiju i tonus mišića. Unatoč hibernaciji i do šest mjeseci, crni medvjedi izlaze u proljeće s tek marginalnim gubitkom mišića i vraćaju se u normalu u 20 dana. Zapravo, medvjedi koji se bude iz obamrlosti pokazuju iznenađujuće visoku razinu kondicije.

“Ako biste ostali u krevetu nekoliko mjeseci, tokom tog vremena izgubili biste mnogo mišićnog tkiva”, kaže Jürgen Bereiter-Hahn, profesor neuroznanosti i stanične biologije na Sveučilištu Goethe u Frankfurtu u Njemačkoj.

Bereiter-Hahn je član ESA-ine grupe koja istražuje mogućnost ljudske hibernacije za svemirski let na Mars.

“Ovo osjetno smanjenje tkiva tokom dugih razdoblja neuporabe gotovo je potpuno izbjegnuto tokom torpora, što znači da bi astronauti koji dolaze na Mars trebali biti u dobroj formi i ne bi im trebalo dugo vremena za oporavak”, objašnjava.

Medvjedi su također dobar model za hibernaciju ljudi jer snize tjelesnu temperaturu samo za nekoliko stupnjeva, ali ipak uspijevaju značajno smanjiti brzinu metabolizma.

Može li se hibernacija umjetno izazvati? Pokazalo se da je to izvedivo na životinjama. Na štakorima, koji obično ne spavaju zimski san, korišteni su lijekovi za izazivanje stanja tromosti. Lijekovi djeluju na dio mozga koji se naziva hipotalamus, a koji je važan za regulaciju tjelesne temperature i otkucaja srca.

Hlađenje tijela također može pokrenuti neku vrstu stanja nalik omamljenosti. U 1990-ima su znanstvenici iz Centra za istraživanje reanimacije na Sveučilištu u Pittsburghu pokazali da brzo hlađenje krvožilnog sustava pasa u srčanom zastoju dovodi do stanja suspendirane animacije.

Sličan postupak, poznat kao terapijska hipotermija, već se koristi u nekim bolnicama za liječenje pacijenata pri zastoju srca ili s traumatskim ozljedama mozga. Smatra se da hlađenje tijela na oko 32-34 Celzijeva stupnja smanjuje oštećenje mozga i drugih vitalnih organa. To ima smisla jer stanice u našem tijelu zahtijevaju stalnu opskrbu kisikom da bi zadovoljile svoje metaboličke potrebe. U normalnim okolnostima srce pumpa kisik po našem tijelu. Ali kod traumatiziranih pacijenata gubitak krvi uzrokuje to da stanice ostanu bez kisika i brzo umru. Hlađenje tijela za nekoliko stupnjeva smanjuje tjelesne potrebe za energijom i kisikom, što daje više vremena liječnicima da saniraju ozljede.

Stručnjaci iz firme SpaceWorks Enterprises iz Atlante, koja se bavi zrakoplovnim inženjeringom, vjeruju da bi terapeutska hipotermija također mogla biti dobar način stavljanja svemirskih putnika u ‘sintetičku obamrlost’.

Tvrtka je dobila sredstva NASA-e da bi razradila svoju ideju, prema kojoj bi se astronauti smjestili u kompaktne kapsule i ušli u dvotjedni režim produžene hibernacije, potom bi bili aktivni nekoliko dana, a zatim bi se vratili u kapsulu.

To bi se moglo raditi u smjenama, tako da bi nekoliko članova posade uvijek bilo budno u slučaju nekog kvara na svemirskom brodu.

“Postoji niz pristupa za to kako nekoga možete ohladiti i smanjiti njegov metabolizam”, kaže John Bradford, izvršni direktor SpaceWorksa.

“U kliničkim uvjetima koriste se intravenske injekcije hladne fiziološke otopine koje hlade tijelo i stavljaju vam ledene obloge, ali to bi bilo previše invazivno i ne baš praktično za svemirski let.”

Jedna od opcija je dovod rashladnog dušika astronautima kroz nosnu kanilu. Plin bi snizio tjelesnu temperaturu sa 37,5 na oko 32 Celzijeva stupnja, što bi smanjilo metaboličku aktivnost za oko 50 posto.

“Također razmatramo druge tehnike, kao što je korištenje hlađenja ambijentalnog zraka za hlađenje prostorije, a zatim laganog sedativa za opuštanje astronauta”, kaže Bradford.

Robotske ruke u modulu SpaceWorks tada bi se mogle programirati da pokreću udove astronauta, provjeravaju tjelesne funkcije i daju električne podražaje mišićima kako bi održali tonus. Astronauti bi također dobili vrećice hranjivih tvari koje sadrže esencijalne elektrolite, dekstrozu, lipide i vitamine.

Međutim, ako želimo ostvariti san o hibernaciji ljudi, bitno je da bolje razumijemo kako tijelo i mozak uopće pokreću taj proces. Velik dio dosadašnjeg rada bio je usredotočen na neurotransmiter zvan adenozin, a on djeluje na putove u hipotalamusu koji kontroliraju spavanje.

Studija iz 2011. otkrila je da su arktičke tekunice kojima su davani lijekovi što aktiviraju adenozinske receptore spontano ušle u stanje tromosti.

Druge studije sugeriraju da bi dio moždanog debla zvan raphe pallidus, koji pomaže u kontroli automatskih tjelesnih procesa, mogao biti važan za izazivanje hibernacije. Matteo Cerri sa Sveučilišta u Bologni i njegovi kolege otkrili su da mogu natjerati štakore i svinje – koji inače ne spavaju zimski san – da uđu u stanje nalik torporu inhibiranjem ove regije.