V Planici bodo centrifugirali astronavte

Raziskovalni center PlanHab postaja vse bolj referenčen tako za Eso kot za Naso
Objavljeno
10. januar 2019 06.00
Posodobljeno
10. januar 2019 06.00
Astronavti so v vesolju izpostavljeni skrajnim razmeram; nanje se že in se bodo še bolj temeljito lahko pripravljali tudi v Planici. Foto Nasa
Petdeset let po tem, ko je Neil Armstrong naredil velik korak za človeštvo, se vesoljska plovila spet odpravljajo na Luno. Tokrat naj bi astronavti na njej ostali dalj časa, živeli v podzemnih habitatih in se po letu 2030 odpravili proti Marsu. Kaj imajo s tem Slovenija, višinske sobe v Planici in človeška centrifuga?

Eno od ključnih raziskovalnih vprašanj pri bivanju v vesolju je, kako bi se astronavti ob vrnitvi na Zemljo izognili zdravstvenim težavam, ki nastanejo zaradi daljšega učinkovanja breztežnosti. S temi medicinskimi problemi se že desetletja ukvarjajo pri evropski vesoljski agenciji. »Zagotoviti je treba, da astronavti po vrnitvi z vesoljske odprave ostanejo zdravi,« pravi Jennifer Ngo-Anh, ki na Esi vodi direktorat za človeško in robotsko raziskovanje vesolja. Esa že dvajset let izvaja biomedicinske raziskave na Mednarodni vesoljski postaji (ISS), tja je doslej poslala okoli dvesto astronavtov in opravila več kot dva tisoč raziskav.



Raziskave izvajajo tudi na Zemlji: s paraboličnimi leti za kratek čas poustvarjajo breztežnost, na raziskovalni postaji Concordia na Antarktiki raziskujejo predvsem vplive izolacije, s pospeševalniki proučujejo učinke vesoljskega sevanja, s študijami »bedrest« pa v nagibnih posteljah s spuščenim vzglavjem simulirajo razmere bivanja v breztežnosti in ugotavljajo fiziološke spremembe ob neaktivnosti oziroma daljšem ležanju preiskovancev.

20

let izvaja Esa raziskave na ISS.
  • V Planico bodo predvidoma preselili Esino človeško centrifugo.
  • Umetna težnost bi lahko ublažila učinke breztežnosti na astronavte.
  • Zdaj astronavti v vesolju v ta namen telovadijo na napravah za fitnes.


200

astronavtov je doslej poslala na postajo.
Vse te vidike Esinega biomedicinskega programa je Jennifer Ngo-Anh predstavila novembra v Ljubljani na pobudo ministrstva za gospodarski razvoj in tehnologijo. Esa je namreč ponudila možnost, da bi v nordijskem centru v Planici postavili »človeško centrifugo«, s katero bi v tamkajšnjem laboratoriju PlanHab izvajali poskuse v okviru biomedicinskih raziskav, pomembnih tako za vesoljske odprave kot za zdravje ljudi na Zemlji.

2000

raziskav so opravili v tem času.
»

Ali lahko pomaga umetna težnost?


V vesoljskem okolju se v človekovem telesu zgodi veliko škodljivih sprememb,« pravi Jennifer Ngo-Anh. »Umetna težnost je možno 'zdravilo' oziroma protiukrep pri neaktivnosti v ničelni težnosti, s katerim bi lahko škodljive učinke zmanjšali ali ublažili.«

Za zdaj poskušajo astronavti na ISS preprečiti neželene telesne spremembe tako, da po dve uri na dan vadijo na napravah za fitnes. Vendar ta vadba ni dovolj učinkovita, poleg tega zahteva precej časa in napora, pri katerem porabljajo dragoceni kisik. Poskusi s človeško centrifugo se zdijo toliko bolj zanimivi, ker so izvedljivi na Zemlji.

image
Selitev prav te centrifuge v Planico je predvidena do konca leta. Foto Esa


Pri Esi so človeško centrifugo (angl. short arm human centrifuge) razvili pred desetimi leti. Uporabljali so jo v nemškem vesoljskem centru DLR v Kölnu, dokler niso sami zgradili nove. Esino naj bi zdaj postavili v Planici.

»V Planici bomo proučili, ali lahko umetna težnost in umetna težnost v kombinaciji z vadbo na vibracijski platformi preprečita škodljive učinke neaktivnosti v hipoksičnem okolju,« pojasnjuje Jennifer Ngo-Anh, ki temu raziskovalnemu programu pripisuje obetavne možnosti. Kot pravi, učinki zmanjšanega delnega tlaka kisika in skupnega tlaka ter povišane koncentracije ogljikovega dioksida v kombinaciji s kronično izpostavljenostjo nižji oziroma ničelni težnosti na človekovo telo še niso znani. Pričakuje, da bodo okoljski pogoji v Planici »zagotovili dodano vrednost pri načrtovanju vesoljskih odprav, rezultati študij pa bodo dodali novo razsežnost 'klasičnim' raziskavam bedrest, ki jih izvajajo v Nemčiji in Franciji, in dopolnili rezultate z raziskovalne postaje Concordia na Antarktiki«.
 

Planiški vesoljski laboratorij


V nordijskem centru v Planici, nekdanjem olimpijskem športnem centru, je v zadnjih letih zaživel center za klinične raziskave, ki ga vodi Igor Mekjavič z inštituta Jožefa Stefana. »Vse, kar bodo ugotovili v DLR in vesoljsko-medicinskem centru Medes v Toulousu, bomo morali v Planici preveriti še v razmerah hipoksije,« pravi Mekjavič. Prvo temeljito, 60-dnevno študijo s centrifugo bodo začeli izvajati prihodnje leto v Kölnu.

image
Jože Suhadolnik

Igor Mekjavič

Že desetletja raziskuje hiperoksijo in hipoksijo, v Sloveniji je pionir dela s hiperbarično komoro, testiral je materiale za britansko mornarico, raziskoval za švedsko vojaško letalstvo, njegove laboratorijske simulatorje glave, roke, trupa, stopala in noge pa uporabljajo pri testiranju materialov in izdelkov proizvajalci športne in rekreativne opreme po vsem svetu. Leta 2001 sta skupaj s švedskim zdravnikom in raziskovalcem Olo Eikenom v ortopedski bolnišnici Valdoltra začela z raziskavami bedrest.


Po njegovih besedah je raziskovalno vprašanje preprosto: kolikokrat na teden in za koliko časa bi se morali astronavti centrifugirati, da bi ohranjali potrebno raven vzdržljivosti. »Ugotoviti moramo, kakšna je minimalna sila težnosti na telo, ki lahko prepreči škodljive učinke pri povprečno aktivnem človeku.«

Mekjavič je leta 2000 v Ratečah postavil hipoksično (višinsko) sobo, sedem let pozneje pa je iz tega zametka v Planici zgradil celoten kompleks PlanHab z desetimi hipoksičnimi sobami in fiziološkim laboratorijem. Raziskovalni center je uporaben tako za višinski trening športnikov kot za izvajanje raziskav o vplivu hipoksije, stanja, v katerem celice in tkiva zaradi zmanjšanega delnega tlaka kisika v krvi ne dobijo potrebne količine kisika.

»Leta 2011 smo za raziskavo LunHab laboratorij opremili s posebno raziskovalno opremo, nujno za opravljanje predpisanih testov, na primer z napravo DEXA za določanje deleža mišic, kosti in maščobe v telesu in z napravo pQCT za merjenje kostne gostote,« pojasnjuje Mekjavič. »S to opremo lahko pridobivamo bistvene bazične podatke v skladu s standardnimi operativnimi postopki Ese. Hkrati smo v našem raziskovalnem laboratoriju dokazali, da znamo izvajati študije bedrest po smernicah Ese, tako kot v DLR in Medesu.«
 

Inovativno ležanje v hipoksiji


Astronavti na ISS bivajo pri normalnem tlaku, pred dejavnostjo zunaj vesoljske postaje pa si zaradi preprečevanja dekompresijske bolezni med večurnimi pripravami počasi znižajo tlak v obleki in dihajo čisti kisik. Po postavitvi stalne postaje na Luni bodo dejavnosti oziroma sprehodi zunaj habitata pogosti, zato bo s podtlakom in dodatnim kisikom opremljena že bivalna enota. Človek bo v njej živel v razmerah hipoksije, približno tako kot alpinist na 4000 metrih višine, le da bo zaradi mikrotežnosti tako rekoč neaktiven. Zato je bedrest že dolgo tudi simulacijski model za proučevanje fizioloških odzivov na zmanjšano težnost na drugih planetih.



O uporabi hipoksije v bivalnih habitatih na Luni so pri ameriški vesoljski agenciji Nasi začeli razmišljati dve leti po začetku delovanja PlanHaba. »Bili smo edini laboratorij na svetu, v katerem je bilo mogoče izvajati bedrest v hipoksiji, zato nas je Esa podprla, zanimivi pa smo postali tudi za Naso,« pravi Mekjavič. »Začeli smo se dogovarjati, da bi PlanHab postal zemeljski raziskovalni laboratorij oziroma da bi manjše raziskovalne projekte, povezane z vplivom neaktivnosti in hipoksije na fiziološke sisteme, ki jih financira Esa, izvajali v Planici.«

V evropskem raziskovalnem projektu PlanHab, ki so ga leta 2013 izvajali v Planici, je več raziskovalnih ekip iz Slovenije in osem biomedicinskih laboratorijev iz EU opravljalo eksperimentalne študije, od testov aerobne zmogljivosti in spremljanja presnove hrane pri preiskovancih do ugotavljanja izgub v njihovi mišični in kostni masi ter spremljanja motenj spanja. Proučevali so tudi skupne učinke hipoksije in simulirane zmanjšane težnosti na srčno-žilni in termoregulacijski sistem, pojav dekompresijske bolezni in vpliv na imunologijo ter motnje vida. Obenem so že iskali protiukrepe, s katerimi bi preprečevali in lajšali zdravstvene težave prihodnjih človeških prebivalcev na Luni. Zdaj si v planiškem laboratoriju želijo kot možen protiukrep dodati umetno težnost, ki jo lahko dosežejo s »centrifugiranjem« preiskovancev oziroma s človeško centrifugo.
 

Denar bo po letu 2020


Zaradi predvidenih učinkov planiškega projekta ne le na znanost, ampak tudi na medicino, gospodarstvo in (znanstveni) turizem, so z MGRT na novembrski sestanek povabili državne sekretarje drugih ministrstev. »Prepričani smo, da bo raziskovalni program umetne težnosti v Planici pod vodstvom prof. dr. Igorja Mekjaviča dobra platforma za številne raziskovalce, učinki raziskav pa pomembni tudi za medicino,« pravi dr. Sabina Koleša z gospodarskega ministrstva in dodaja, da je selitev opreme predvidena do konca leta 2019. Pred tem bo po njenih besedah treba z Eso podpisati pogodbo in v začetnem obdobju zagotoviti sredstva za najem prostorov in osebje. Prihodke iz naslova izvajanja raziskav za Eso namreč pričakujejo od leta 2020 naprej.

Druge koristi vesoljskih poskusov

Biomedicinsko raziskovalno središče v Planici prinaša še druge koristi. Težave s hipoksijo mučijo več skupin bolnikov tudi na Zemlji: pljučne in srčne bolnike, starostnike, ki jih v nedejavnost prisilita osteoporoza in mišična atrofija, prav tako čedalje več ljudi s čezmerno telesno težo. S proučevanjem dogajanja na zdravih preiskovancih lahko v Planici predvidijo spremembe, ki vodijo v poslabšanje bolezni pri ležečih bolnikih, obenem pa ugotavljajo možnosti za zmanjšanje oziroma preprečitev teh sprememb.
»Vzporednic med rezultati raziskav v vesolju in procesi na Zemlji je veliko,« poudarja Jennifer Ngo-Anh. »Veliko je tudi koristi in aplikacij, ki izvirajo iz raziskovanja vesolja in neposredno izboljšujejo življenje na Zemlji.« Tako so na primer v Esi za ISS razvili učinkovit sistem za recikliranje vode. »Za proučevanje učinkov mikrotežnosti na ravni organov pri astronavtih na ISS smo razvili ultrazvočne aparate, ki jih je mogoče upravljati na daljavo, uporabni pa so tudi na območjih, ki jih prizadenejo naravne nesreče,« pravi vodja Esinih biomedicinskih raziskav.
Igor Mekjavič dodaja, da bi lahko protokol PlanHaba uporabili tudi za raziskovanje drugih dejavnikov oziroma postopkov in tehnologij. Tako se v PlanHabu poraja zamisel o ovrednotenju preprečevanja mišično-skeletne atrofije z električno in elektromagnetno stimulacijo. V preteklih letih so opravili tudi več testov za industrijske partnerje in priredili mednarodne posvete znanstvenikov.


»Zagotoviti moramo, da bo človeška centrifuga upravljana, vzdrževana in uporabljana v skladu s standardi Ese, potem jo lahko preselimo v Planico. Upam, da bomo to izpeljali v enem letu. V Planici, ki je dobro opremljena, je bilo izvedenih že več zelo kakovostnih študij. Slovenija je že nekaj let članica Ese, zato lahko raziskave uradno dodeljujemo Planici,« pravi Jennifer Ngo-Anh.