چرا احتمال بیمار‌شدن فضانوردان در فضا بیشتر است؟

این تغییرات تنها انحرافات روان‌شناختی ایجاد نمی‌کنند، بلکه سفر به فضا باعث تغییرات فیزیولوژیکی شدیدی نیز می‌شود. مهم‌ترین آن‌ها جابه‌جایی مایعات از پایین‌تنه به بالاتنه و سر است – درحالی‌که فضانوردان در میکروگرانش معلق هستند. این می‌تواند به کم‌خونی، مشکلات چشم، تغییرات فشار خون و اختلالات سیستم ایمنی منجر شود. معاینات دقیق فضانوردان در تمرین‌ها و مأموریت‌های درون فضا نشان می‌دهد که هر سیستمی در بدن تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

پژوهشی که «اودت لانوویل» (Odette Laneuville)، زیست‌شناس مولکولی در دانشگاه اوتاوا، به‌همراه تیمش به‌تازگی در ژورنال Frontiers in Immunology منتشر کرده است، بررسی کرده که چگونه این تغییرات بر سیستم ایمنی ۱۴ فضانورد در طول سفر خود به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) تأثیر گذاشته‌اند. این پژوهش دریافت که تغییرات ژنتیکی افتی را در عملکرد ایمنی در روزهای رسیدن به ISS و بازگشت دوباره به حالت عادی چند ماه پس از بازگشت به زمین نشان می‌دادند.

نتایج نشان می‌دهند که چگونه سیستم ایمنی به‌سرعت با میکروگرانش سازگار می‌شود و به‌تدریج به حالت نرمال بازمی‌گردد. دانشمندان می‌توانند از این نوع اطلاعات برای فهم بهتر هر چیزی استفاده کنند؛ از تهدید بیماری‌های عفونی در طول سفر فضایی تا اینکه آسیب‌ها در شرایط بی‌وزنی چگونه ترمیم می‌شوند.

شرطی‌زدایی بدن

لانوویل حرفه خود را با تمرکز روی سفرهای فضایی آغاز نکرد. درعوض او درباره یک مشکل سلامتی به نام شرطی‌زدایی (Deconditioning) کنجکاو بود؛ تحلیل رفتن قدرت عضلانی، تراکم استخوان و عملکردهای فیزیکی که در دوره‌های طولانی انفعال و استراحت حاصل می‌شود.

وقتی شرطی‌زدایی توسعه یابد، می‌تواند ماه‌ها توانبخشی شدید برای بازیابی توانایی اجرای وظایف معمولی، مانند قدم‌زدن، حمام‌کردن و لباس پوشیدن، لازم داشته باشد. لانوویل می‌خواست بیشتر درباره اساس زیستی این بیماری بداند تا شاید سرنخ‌هایی درباره کاربرد پیشگیری‌ها و درمان‌های مؤثر در بر داشته باشد.

«اندرو فیوستل»، فضانورد ناسا، در طول یک راهپیمایی فضایی در ۱۴ ژوئن ۲۰۱۸ به ایستگاه فضایی بین‌المللی بسته شده است. این فعالیت طاقت‌فرسا با این حقیقت همراه است که فضانوردان با انبوهی از مشکلات سلامت در فضا روبه‌رو هستند.
NASA

در گذشته، پژوهشگران از افراد می‌خواستند با ماندن در تخت، با پاهای بالا و به پشت، برای ماه‌ها، آثار میکروگرانش بلندمدت را شبیه‌سازی کنند. این یعنی آن‌ها نمی‌توانستند برای دستشویی رفتن بلند شوند، پای خود را کش دهند یا به سراغ یخچال بروند. این آزمایش‌ها که برخی ریشه در فاز نوزادی برنامه‌های فضایی ایالات‌متحده و شوروی داشتند، افتی ناگهانی را در تراکم استخوان و قدرت عضلات نشان می‌دادند؛ مشابه با چیزی که بعدها فضانوردان گزارش کردند.

برای دانشمندانی مانند لانوویل، این مطالعات نگران‌کننده بودند. آموزش فضانوردان برای راهپیمایی‌های فضایی عالی بود، اما وقتی آن‌ها به زمین سخت برمی‌گشتند چه می‌شد؟ پس از دیدن ویدیوهایی از «کریس هدفیلد» (Chris Hadfield)، فضانورد مشهور کانادایی که پس از شش ماه اقامت در ایستگاه فضایی بین‌المللی به زمین بازگشته بود، هشدارهایی در مغز او ایجاد شد.

لانوویل می‌گوید: «می‌توانستید ببینید که بازوی او می‌افتد. ضعیف به‌نظر می‌رسد. این مانند بیمارانی با شرطی‌زدایی شدید بود.»

عفونت‌ها در سفینه

عضلات و استخوان‌ها تنها بخش‌هایی از بدن نیستند که از میکروگرانش رنج می‌برند. سه فضانورد آپولو ۷ در طول مأموریت خود سرما خوردند. همچنین بسیاری در ایستگاه فضایی بین‌المللی کهیر و بیماری‌های خوش‌خیم تنفسی گزارش می‌کنند و پژوهشگران دریافته‌اند که سفر فضایی می‌تواند ویروس‌های خفته‌ای مانند تب‌خال، آبله‌مرغان و سیتومگالوویروس را دوباره فعال کند.

روی زمین، یک سرماخوردگی یا زونا دردناک، اما به‌ندرت تهدیدآمیز است. اما مدیریت چنین مشکلی در فضا می‌تواند داستانی متفاوت باشد. چون یک سیستم ایمنی خوب بخشی بسیار مهم در سلامت انسان است. دانشمندان این پرسش را مطرح کردند که معنای این پدیده برای سلامت بلندمدت کاوشگران فضا چه خواهد بود؟

برای لانوویل، مطالعه فضانوردان فرصتی بود برای فهم اینکه بدن انسان چگونه با دشواری‌های پروازهای فضایی سازگار می‌شود و همچنین تغییرات ایمنی چه نقشی در شرطی‌زدایی دارند.

اگرچه پژوهشگران عملکرد ایمنی فضانوردان را در نقاط زمانی ثابتی مطالعه کرده بودند، لانوویل می‌خواست بداند که سیستم ایمنی چگونه در دوره‌های طولانی‌تر به سازگاری می‌رسد (یا نمی‌رسد). با یک بودجه از سازمان فضایی کانادا، پروژه MARROW (واکنش چربی استخوان: قرمز یا سفید) متولد شد.

پژوهشگری از یک ماشین فراصوت برای اندازه‌گیری فشار درون‌جمجمه‌ای استفاده می‌کند. در میکروگرانش فضا، مایعات به بالاتنه جابه‌جا می‌شوند و می‌توانند تغییراتی فیزیولوژیکی ایجاد کنند؛ ازجمله اختلال در بینایی.
JAMES BLAIR, NASA/JSC/SCIENCE

سرنخ‌های ژنتیکی

تیم دانشگاه اوتاوا ۱۴ فضانورد را که حداقل شش ماه را در ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌گذراندند، به خدمت گرفت و از هرکدام ۱۰ نمونه خون جمع‌آوری کرد که نمونه‌گیری‌ها در بازه ۹۰ روز پیش از اعزام تا یک سال پس از بازگشت به زمین بودند؛ زیرا آثار سفرهای فضایی می‌تواند تا مدت‌ها پس از پایان یافتن مأموریت ماندگار باشد.

لانوویل از این نمونه‌ها استفاده کرد تا ببیند چگونه گلبول‌های سفید خون در زمان سفر فضایی ژن‌ها را خاموش و روشن می‌کردند. این تغییرات ژن‌ها عملکرد گلبول‌های سفید را در نبرد با عوامل بیماری‌زا کنترل می‌کنند. این نوع تحلیل که رونویسی‌شناسی (transcriptomics) نام دارد، می‌تواند اطلاعاتی درباره ژن‌هایی فراهم کند که گلبول‌های سفید برای واکنش به میکروگرانش از آن‌ها استفاده می‌کردند – که می‌تواند سرنخی باشد برای فعالیت کلی سیستم ایمنی.

در روزهای اولیه رسیدن به ISS، شرکت‌کنندگان مطالعه همگی افتی سریع در فعالیت بسیاری از ژن‌های مرتبط با ایمنی نشان دادند. در ماه‌های دوم و چهارم در ISS، برخی از این تغییرات شروع به بازگشت به حالت نرمال کردند؛ هرچند آن‌ها تا چند ماه بعد از بازگشت فضانوردان به خانه به حالت اولیه نرسیدند. لانوویل می‌گوید این یک الگوی بسیار واضح و منحصربه‌فرد است.

او می‌پرسد: «من چنین تغییر بزرگی را در بیان انتظار نداشتم. چرا سیستم ایمنی باید در میکروگرانش افت کند؟ گویا چیز خاصی در مورد فضا وجود دارد.»

برای «اواجلیا لایاکیس» (Evagelia Laiakis)، زیست‌شناس پرتویی در دانشگاه جورج‌تاون، ادامه این روند در بلندمدت اهمیت بسیاری داشت.

لایاکیس برای پژوهش‌های خود موش‌ها را در معرض پرتوهای کیهانی قرار داد؛ شرایطی که فضانوردان پس از ترک میدان مغناطیسی محافظ زمین با آن مواجه می‌شوند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که پرتوها توانایی موش‌ها را در تعمیر DNA و استفاده کارآمد از انرژی تغییر می‌دهد. حتی نگران‌کننده‌تر اینکه این تغییرات برای ماه‌ها ادامه داشتند (معادل ۱۰ تا ۲۰ سال در انسان‌ها).

لایاکیس می‌گوید: «این بسیار غافلگیرکننده بود. تغییراتی ماندگار وجود داشتند و موش‌ها هیچ‌گاه پس از یک دوز پایین پرتوهای مرتبط با فضای ما به حالت عادی بازنگشتند.» با سفر انسان‌ها به اعماق دورتر فضا، تماس با پرتوها می‌تواند تغییرات ژنتیکی ناشی از میکروگرانش را تشدید کند.

لانوویل درحال‌حاضر بررسی می‌کند که آیا افراد در پژوهش‌های استراحت مطلق تغییرات ژنتیکی مشابهی را نشان می‌دهند یا خیر. اگر او بتواند افراد در معرض ریسک بالای شرطی‌زدایی را شناسایی کند، چه در اتاق‌های بیمارستان و چه در پروازها به مریخ، امیدوار است که بتواند آثار آن را پیش از شروع متوقف کند.