Ärzte haben NASA-Astronauten jahrelang angestochen und gestochen, und die Astronauten haben als Regierungsangestellte weitgehend ihre Rolle als Versuchstiere übernommen, um zu untersuchen, wie sich eine fremde Umgebung – der Weltraum – auf den menschlichen Körper auswirkt.
Aber professionelle Astronauten waren historisch gesehen ein kleiner Teil der Menschheit. Zunächst wurden sie aus den Reihen der militärischen Testpiloten ausgewählt, die weiße, körperlich fitte Männer waren. Später, als die NASA ihre Kriterien erweiterte, wählte sie immer noch nur Astronauten aus, die ihre körperlichen Grenzen überschritten hatten.
Aber das könnte sich ändern, da die private Raumfahrt den Raum für einen vielfältigeren Querschnitt der Menschheit öffnet.
Für Wissenschaftler wird die Änderung eine Fülle neuer Daten darüber schaffen, wie sich der menschliche Körper an den Weltraum anpasst.
Die am Mittwoch gestartete Mission Inspiration4 zeigt, wie medizinische Forscher von der neuen kommerziellen Raumfahrt profitieren können. Die vierköpfige Crew, von denen keiner ein professioneller Astronaut ist, wird einige Zeit im Orbit verbringen, um die medizinische Forschung voranzutreiben.
Einer der Passagiere, Hayley Arceneaux, veranschaulicht diese Möglichkeiten. Mit 29 Jahren ist sie jünger als die meisten Weltraumreisenden, eine Krebsüberlebende und wird der erste Mensch im Weltraum mit einer Prothese sein – Metallstäben, die implantiert wurden, nachdem ein Tumor aus ihrem linken Bein entfernt wurde.
„Wir werden einige Dinge lernen, die sehr grundlegend sind“, sagte Dorit Donoviel, Geschäftsführerin des Translational Research Institute for Space Health (TRISH) am Baylor College of Medicine in Houston, das die Forschung während des Inspiration4-Fluges koordiniert .
Die bisherige Forschung hat gezeigt, dass sich Flüssigkeiten im Körper ohne Schwerkraft nach oben verlagern – geschwollene Köpfe, geschrumpfte Beine. Die fehlende Schwerkraft schwächt auch die Knochen. Strahlung im Weltraum schlägt nicht nur in die DNA ein und erzeugt Mutationen, sondern die ungewöhnlichen Bedingungen der Schwerelosigkeit führen dazu, dass einige Gene an- und andere abschalten. Die biologischen Auswirkungen dieser Veränderungen sind noch nicht verstanden.
Die Crew an Bord von Inspiration4 wird jeden Tag 10 Tests durchführen, die ursprünglich entwickelt wurden, um die geistige Leistungsfähigkeit von NASA-Astronauten zu messen. Die Tests dauern etwa 20 Minuten.
“Es musste kurz sein, denn Astronauten hassen es, diese Dinge zu tun”, sagte Dr. Mathias Basner, Professor für Psychiatrie an der University of Pennsylvania, der der leitende Ermittler dieses Experiments ist.
Aber in einer gefährlichen Umgebung wie dem Weltraum können kleine Fehler zu einer Katastrophe führen.
„Wir brauchen unsere Astronauten also, um die ganze Zeit über Höchstleistungen zu erbringen“, sagte Dr. Basner. „Das Problem ist nun, dass der Mensch gerade in chronischen Expositionssituationen besonders schlecht darin ist, seine Leistungsfähigkeit selbst einzuschätzen. Wenn du die ganze Zeit in der gleichen Umgebung sitzt, denkst du, dass es dir gut geht, aber das stimmt nicht.“
Ein Test ist einfach ein Quadrat, das auf einem Bildschirm erscheint und man muss darauf tippen. Das Quadrat ändert seine Position und wird immer kleiner. Das misst die Reaktionsgeschwindigkeit und die Auge-Hand-Koordination.
Ein anderer misst die sogenannte psychomotorische Vigilanz. Zuerst starrt die Person auf ein Kästchen auf dem Bildschirm. Plötzlich taucht eine Stoppuhr in der Box auf und zählt die Millisekunden, bis die Person einen Knopf drückt. “Das reagiert extrem empfindlich auf Schlafentzug”, sagte Dr. Basner.
Ein weiterer Test misst die Fähigkeit einer Person, Emotionen in anderen Menschen zu erkennen.
Der Test zeigt 20 Gesichter, die eine Vielzahl von Emotionen zeigen – glücklich, traurig, wütend, ängstlich oder keine Emotionen ausdrücken. In einer sogenannten Bettruhestudie – das Liegen über einen längeren Zeitraum ahmt viele der körperlichen Auswirkungen der Schwerelosigkeit im Weltraum nach – konnten die Probanden die meisten Emotionen immer noch richtig identifizieren. Aber sie brauchten länger, um sie zu identifizieren, und ihre Antworten verzerrten sich zu negativeren Ausdrücken.
Mark J. Shelhamer, Professor an der Johns Hopkins Medicine, sammelt Daten darüber, wie sich die Raumfahrt auf das Vestibularsystem auswirkt – die Teile des menschlichen Körpers, insbesondere das Innenohr, die das Gleichgewicht halten.
Seine Forschung besteht aus zwei Teilen, die vor dem Start und nach der Rückkehr zur Erde durchgeführt werden. Man misst die Haltungen der Besatzungsmitglieder. „So klingt es“, sagte Dr. Shelhamer. „Es ist die Fähigkeit, aufzustehen. Und die Fähigkeit, aufzustehen, basiert nicht nur auf der Muskelkraft, sondern auch auf der Koordination.“
Die Crew-Mitglieder von Inspiration4 halten sich ein Windows-Tablet an die Brust, legen die Füße zusammen und schließen die Augen. Beschleuniger im Tablet messen, wie stark sie beim Stehen schwanken.
„Das ist auf der Erde nicht so schwer“, sagte Dr. Shelhamer. “Aber es kann eine Herausforderung sein, nachdem man einige Zeit im Weltraum verbracht hat.”
Dr. Shelhamer hat auch einen Test mit dem Tablet entwickelt, um zu untersuchen, ob Schwerelosigkeit zu Augenfehlstellungen führt. Das könnte Hinweise darauf geben, wie das Gehirn verwirrt werden könnte und den Gleichgewichtssinn stört.
Was Forscher lernen wollen, ist, vorherzusagen, wer im Weltraum krank wird. Überraschenderweise gibt es keine Korrelation zwischen denjenigen, die auf der Erde an Reisekrankheit leiden – auf einem hin und her schaukelnden Boot, während einer langen Autofahrt, selbst kurze Episoden des Schwebens bei Parabelflügen – und denen, die im Orbit krank werden.
„Wir verstehen das überhaupt nicht“, sagte Dr. Shelhamer. „Es ist peinlich, denn wir würden gerne denken, dass es sich um die gleichen grundlegenden Mechanismen handelt – die Tatsache, dass die verschiedenen Sinnessysteme nicht zusammenpassen.“
TRISH, die von Dr. Donoviel geleitete Organisation, hat eine Datenbank zur Speicherung der Studienergebnisse aufgebaut, die nicht nur die Privatsphäre privater Weltraumreisender gemäß den Anforderungen von HIPAA, dem Health Insurance Portability and Accountability Act, schützt, sondern es Forschern auch ermöglicht, Vergleichen Sie Daten aus verschiedenen Studien für eine Person.
Dr. Shelhamer möchte beispielsweise wissen, ob eine Person, deren Fähigkeit, ohne Schwanken aufrecht zu stehen, nach einer Reise in den Weltraum abnahm, auch kognitive Verlangsamungen erlebte, während sie Dr. Basners Tests im Weltraum durchführte. Das sei mit der Art und Weise, wie die NASA über die von ihren Astronauten gesammelten Daten berichtet, oft nicht möglich, sagte er.
Darüber hinaus tragen die Crew-Mitglieder von Inspiration4 Apple Watches, die ihren Herzschlag und ihren Sauerstoffgehalt messen. Sie werden auch Ultraschallgeräte testen, die verfolgen können, wie sich das Wasser in ihren Körpern nach oben verschiebt, während sie in der Umlaufbahn schweben. Dies könnte dazu beitragen, das Rätsel des Zerquetschens von Augäpfeln und der daraus resultierenden Sehveränderung einiger Astronauten zu lösen.
Die Recherche hängt davon ab, wie gut sich die Inspiration4-Crew während ihrer Reise fühlt. Da es keine Möglichkeit gibt, vorherzusagen, wer im Weltraum krank wird, ist es möglich, dass sie alle erkranken und dann während der dreitägigen Reise möglicherweise nicht viel recherchieren können.
„Meine Sorge ist, dass sie ihre Zeit im All nicht genießen werden“, sagte Dr. Donoviel. „Sie sind möglicherweise nicht in der Lage, die Experimente durchzuführen, die wir hochschicken. Das ist also ein Risiko, das ich eingehe.“