Astronot di Luar Angkasa: Apa Yang Terjadi di Otak Anda di Gravitasi Nol?

NASA telah membuat komitmen untuk mengirim manusia ke Mars pada tahun 2030-an. Ini adalah tujuan yang ambisius ketika Anda berpikir bahwa perjalanan bolak-balik yang khas akan terjadi di mana saja antara tiga dan enam bulan, dan kru akan diharapkan untuk tetap di planet merah hingga dua tahun sebelum penyelarasan planet memungkinkan untuk perjalanan pulang ke rumah. Ini berarti bahwa para astronot harus hidup dalam pengurangan (mikro) gravitasi selama sekitar tiga tahun - jauh melampaui rekor saat ini 438 hari terus-menerus dalam ruang yang dipegang oleh kosmonot Rusia Valery Polyakov.

Pada hari-hari awal perjalanan ruang angkasa, para ilmuwan bekerja keras untuk mencari tahu cara mengatasi kekuatan gravitasi sehingga sebuah roket dapat melontarkan bebas dari tarikan Bumi untuk mendaratkan manusia di bulan. Hari ini, gravitasi tetap menjadi prioritas utama dalam agenda sains, tetapi kali ini kami lebih tertarik pada bagaimana pengurangan gravitasi mempengaruhi kesehatan para astronot - terutama otak mereka. Lagipula, kita telah berevolusi untuk hidup di dalam gravitasi Bumi (1 g), bukan dalam ruang tanpa bobot (0 g) atau gayaberat mikro Mars (0,3 g).

Jadi bagaimana tepatnya otak manusia mengatasi gayaberat mikro? Singkatnya, singkatnya - meskipun informasi tentang ini terbatas. Ini mengejutkan, karena kita terbiasa dengan wajah astronot yang menjadi merah dan kembung selama bobot - sebuah fenomena yang dikenal sebagai "efek Charlie Brown," atau "sindrom kaki burung bengkak." Ini disebabkan oleh cairan yang sebagian besar terdiri dari darah (sel dan plasma) dan cairan serebrospinal bergeser ke arah kepala, menyebabkan mereka memiliki wajah bulat, bengkak, dan kaki lebih tipis.

Pergeseran cairan ini juga terkait dengan mabuk perjalanan ruang, sakit kepala, dan mual. Mereka juga, baru-baru ini, telah dikaitkan dengan penglihatan kabur karena peningkatan tekanan ketika aliran darah meningkat dan otak mengapung ke atas di dalam tengkorak - suatu kondisi yang disebut gangguan penglihatan dan sindrom tekanan intrakranial. Meskipun NASA menganggap sindrom ini sebagai risiko kesehatan teratas untuk setiap misi ke Mars, mencari tahu apa penyebabnya dan - pertanyaan yang lebih sulit - bagaimana mencegahnya, masih tetap menjadi misteri.

Jadi di mana riset saya cocok dengan ini? Nah, saya berpikir bahwa bagian-bagian tertentu dari otak pada akhirnya menerima terlalu banyak darah karena nitric oxide - sebuah molekul tak terlihat yang biasanya mengambang di dalam aliran darah - terbentuk di dalam aliran darah. Ini membuat arteri yang memasok darah ke otak rileks, sehingga mereka membuka terlalu banyak. Sebagai hasil dari lonjakan aliran darah yang tiada henti ini, penghalang darah-otak - "peredam kejut" otak - mungkin menjadi kewalahan. Hal ini memungkinkan air untuk menumpuk secara perlahan (suatu kondisi yang disebut edema), menyebabkan pembengkakan otak dan peningkatan tekanan yang juga dapat diperburuk karena keterbatasan kapasitas drainase.

Anggap saja seperti sungai yang meluap di tepiannya. Hasil akhirnya adalah tidak cukup oksigen masuk ke bagian otak dengan cukup cepat. Ini masalah besar yang bisa menjelaskan mengapa penglihatan kabur terjadi, serta efek pada keterampilan lain termasuk ketangkasan kognitif astronot (bagaimana mereka berpikir, berkonsentrasi, bernalar, dan bergerak).

Perjalanan di “Vomit Comet”

Untuk mengetahui apakah ide saya benar, kami perlu mengujinya. Tetapi alih-alih meminta NASA melakukan perjalanan ke bulan, kami melarikan diri dari ikatan gravitasi Bumi dengan mensimulasikan bobot di sebuah pesawat khusus yang dijuluki "komet muntah."

Dengan memanjat dan kemudian mencelupkan ke udara, pesawat ini melakukan hingga 30 parabola ini dalam satu penerbangan untuk mensimulasikan perasaan tanpa bobot. Mereka hanya bertahan 30 detik, dan harus saya akui, ini sangat membuat ketagihan, dan Anda benar-benar mendapatkan wajah bengkak!

Dengan semua peralatan terpasang dengan aman, kami melakukan pengukuran dari delapan sukarelawan yang melakukan penerbangan tunggal setiap hari selama empat hari. Kami mengukur aliran darah di berbagai arteri yang memasok otak menggunakan ultrasonografi doppler portabel, yang bekerja dengan memantulkan gelombang suara frekuensi tinggi dari sirkulasi sel darah merah. Kami juga mengukur kadar oksida nitrat dalam sampel darah yang diambil dari vena lengan bawah, serta molekul tak kasat mata lainnya yang mencakup radikal bebas dan protein spesifik otak (yang mencerminkan kerusakan struktural pada otak) yang dapat memberi tahu kami jika penghalang darah-otak memiliki terpaksa dibuka.

Temuan awal kami mengkonfirmasi apa yang kami perkirakan. Kadar oksida nitrat meningkat setelah serangan tanpa bobot yang berulang, dan ini bertepatan dengan peningkatan aliran darah, terutama melalui arteri yang memasok bagian belakang otak. Ini memaksa penghalang darah-otak terbuka, meskipun tidak ada bukti kerusakan otak struktural.

Kami sekarang berencana untuk mengikuti studi ini dengan penilaian yang lebih rinci dari pergeseran darah dan cairan di otak menggunakan teknik pencitraan seperti resonansi magnetik untuk mengkonfirmasi temuan kami. Kami juga akan mengeksplorasi efek dari tindakan pencegahan seperti celana hisap karet - yang menciptakan tekanan negatif di bagian bawah tubuh dengan gagasan bahwa mereka dapat membantu "menyedot" darah dari otak astronot - serta obat-obatan untuk menangkal peningkatan oksida nitrat. Tetapi temuan ini tidak hanya akan meningkatkan perjalanan ruang angkasa - mereka juga dapat memberikan informasi berharga tentang mengapa "gravitasi" olahraga adalah obat yang baik untuk otak dan bagaimana hal itu dapat melindungi terhadap demensia dan stroke di kemudian hari.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Damian Bailey. Baca artikel asli di sini.