چگونه فضانوردان می‌توانند از آسیب بینایی در سفرهای فضایی جلوگیری کنند؟

بدن انسان کیسه هایی از مایعات است که توسط اسکلت ها پشتیبانی می شود. کل ارگانیسم انسان طی میلیاردها سال بر روی زمین در هماهنگی با وزن مخصوص سیاره تکامل یافته است. اما وقتی فضانوردان زمان زیادی را در ایستگاه فضایی بین‌المللی در یک محیط ریزگرانشی صرف می‌کنند، ارگانیسم پاسخ می‌دهد، مایعات جابه‌جا می‌شوند و ممکن است مشکلاتی رخ دهد.

یکی از این مشکلات مربوط به بینایی است و دانشمندان در تلاش هستند تا بفهمند که چگونه اتفاق می افتد و چه کاری می توانند در مورد آن انجام دهند.

ما در مورد سندرم عصبی چشمی مرتبط با پرواز فضایی (SANS) صحبت می کنیم. ناسا می گوید که ۷۰ درصد فضانوردانی که در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) وقت می گذرانند حداقل SANS خفیف را تجربه می کنند. گاهی اوقات، اثر جزئی و اغلب موقتی است. در موارد دیگر، شدیدتر است و می تواند باعث مشکلات بینایی طولانی مدت، از جمله از دست دادن نسبی بینایی شود.

مدتی است که محققان با ریزگرانش و اثرات آن بر بینایی سر و کار دارند. نویسندگان مقاله ای در سال ۲۰۲۰ نوشتند: سندرم عصبی چشمی مرتبط با پرواز فضایی (SANS)، که قبلاً به عنوان فشار داخل جمجمه ای اختلال بینایی (VIIP) شناخته می شد، یک خطر بزرگ مرتبط با پروازهای فضایی طولانی مدت است. در طول ماموریت های طولانی مدت، ادم دیسک بینایی، مسطح شدن کره خلفی، کاهش دید نزدیک و جابجایی های دوربینی از علائم SANS هستند. این خطر ناشی از کمبود جاذبه است که باعث جابجایی خون و سایر مایعات بدن به سمت جلو می شود.

اکنون، گروهی از پزشکان با Polaris Dawn کار می کنند تا مشکل را درک کنند.

Polaris Dawn یک ابتکار پرواز فضایی خصوصی است که توسط SpaceX اداره می شود. چهار فضانورد خصوصی را به مداری بسیار بیضوی زمین می فرستد که آنها را به فاصله ۱۴۰۰ کیلومتری (۸۷۰ مایلی) از زمین خواهد برد. این دورترین فاصله ای است که هر انسانی از زمین از زمان ماموریت های آپولو تاکنون داشته است.

مت لیون، MD، از کالج پزشکی جورجیا (MCG) در دانشگاه آگوستا، تیمی را رهبری می کند که با Polaris Dawn برای مطالعه SANS کار می کند.

لیون، که همچنین کرسی ممتاز J. Harold Harrison M.D. در Telehealth است، گفت: تغییرات از روز اول شروع می‌شوند. ما کاملاً مطمئن نیستیم که چه چیزی باعث ایجاد این مشکلات در بینایی می شود، اما گمان می کنیم که این امر به تغییر مایع مغزی نخاعی در غلاف عصب بینایی مربوط می شود. بر روی زمین، گرانش آن مایع را به سمت پایین می راند و تخلیه می شود، اما در فضا، به سمت بالا شناور می شود و به عصب بینایی و شبکیه چشم فشار می آورد.

لیون و همکارانش بر روی غلاف عصب بینایی تمرکز دارند. عصب بینایی مجرای است که اطلاعات بصری را از چشم به مغز می رساند. در داخل غلاف، عصب توسط مایع مغزی نخاعی محافظت می شود.مایع مغزی نخاعی (CSF) سموم را از چشم دور می کند.

در اینجا روی زمین، MCG استفاده از امواج فراصوت را برای تصویربرداری از عصب بینایی و غلاف آن و تجسم سریع آسیب‌های مرتبط با فشار و تغییرات مایع در غلاف به ثبت رساند. اکنون، لیون و تیمش در حال قرار دادن یک دستگاه اولتراسوند قابل حمل در دستان چهار فضانورد Polaris Dawn و آموزش نحوه استفاده از آن هستند.

اما ابتدا آن ها چهار فضانورد را غربالگری می کنند تا مشخص کنند کدام افراد بیشتر به SANS حساس هستند. آنها فکر می کنند افرادی که در گذشته دچار ضربه مغزی یا آسیب های خفیف مغزی (TBIs) شده اند، احتمالاً بیشتر در معرض ابتلا به SANS هستند.

او توضیح داد: ما متوجه شدیم که وقتی فشار مغزی نخاعی با آسیب‌های خفیف مغزی (TBIs) افزایش می‌یابد، آسیبی به غلاف وارد می‌شود که احتمالاً مادام العمر است. ما فکر می‌کنیم وقتی فضانوردانی که ضربه مغزی یا TBI خفیف را تجربه کرده‌اند به فضا می‌روند و جابجایی مایع با جاذبه کم را تجربه می‌کنند، غلاف از افزایش حجم منبسط می‌شود.

این مانند یک لاستیک است – یک لاستیک معمولی همانطور که با هوا پر می شود شکل عادی خود را حفظ می کند و شکل آن تغییر نمی کند. هنگامی که آسیب می بیند، مانند برآمدگی در کناره لاستیک، مایع برآمدگی ها را پر می کند و غلاف منبسط می شود. این می تواند باعث فشار روی عصب و شبکیه شود. غلاف آسیب دیده روی زمین مشکل کمتری دارد، اما در فضا، مایع اضافی جایی برای رفتن ندارد.

بسیار مهم است که فضانوردان خصوصی Polaris Dawn از تغییرات اعصاب و غلاف نوری خود در زمان واقعی تصویربرداری کنند. داده‌های بی‌درنگ به محققان کمک می‌کند تا بفهمند که آیا تغییرات بینایی ناشی از SANS ناشی از حجم زیاد مایع، افزایش فشار مایع یا فعل و انفعالات بین این دو است.

اگر فقط حجم باشد، ما مشکوک هستیم که مایع مغزی نخاعی بالا می رود، این کیسه فلاپی را پر می کند و گیر می کند. تقریباً مثل این است که توالت هایتان را نشویید. لیون گفت: شما در حال ایجاد این محیط سمی هستید، زیرا مایع مغزی نخاعی (CSF) چیزی است که سموم را از چشم‌ها و اعصاب شما دور می‌کند و در عوض سموم در مقابل عصب بینایی قرار می‌گیرند و آن را می‌کشند. اما ممکن است همراه با افزایش فشار همراه با افزایش CSF باشد که مانند فشار خون متناوب در چشم شما باشد.

راه حل SANS می تواند یک دستگاه فشار منفی پایین بدن (LBNP) باشد. این ها دستگاه های بزرگ و حجیمی هستند که با ایجاد نیروهای واکنش زمینی (GRFs) با جابجایی به سمت سیالات در ریزگرانش مقابله می کنند. آنها معمولاً محفظه های هوابندی هستند که فضانوردان زمان خود را در آنها می گذرانند. متأسفانه، LBNP ها به فضانوردان نیاز دارند که هنگام استفاده از آنها ثابت باشند. ناسا آنها را در طول آزمایشگاه بین المللی ریزگرانش در مأموریت شاتل فضایی STS-65 آزمایش کرد.

محققان دپارتمان جراحی ارتوپدی دانشگاه کالیفرنیا و گروه مهندسی زیستی در حال توسعه یک نسخه موبایل از LBNP هستند.

لباس گرانشی سیار جدید ما نسبتاً کوچک، بدون اتصال و انعطاف پذیر است تا تحرک در فضا را بهبود بخشد. نویسندگان مقاله ۲۰۲۰ نوشتند که ما فرض کردیم که این لباس گرانشی متحرک جدید، نیروهای واکنش زمینی بیشتری نسبت به یک اتاقک استاندارد LBNP ایجاد می کند.

لباس‌های فشار منفی پایین تنه موبایل هنوز در دست توسعه هستند و دانشمندان به داده‌های بیشتری نیاز دارند. Polaris Dawn می تواند به ارائه داده های مورد نیاز کمک کند.

تصاویر اولتراسوند از عصب بینایی بخشی از یک تلاش تحقیقاتی گسترده تر است که در طلوع Polaris انجام خواهد شد. کالج پزشکی جورجیا یکی از ۲۳ موسسه ای است که این ماموریت با آن کار می کند. داده هایی که Polaris Dawn برمی گرداند باید به راه حلی برای SANS کمک کند.