Hvordan reagerer kroppen på vektløshet?

Akutt og subakutt tilpasningsfase versus langsiktige konsekvenser

Ved overgang til mikrogravitasjon, utløses en umiddelbar og omfattende omfordeling av kroppens blod og væske. På jorden trekker tyngdekraften væske mot bena, men i vektløshet fordeles væsken i retning av overkroppen og hodet. Dette fører til blant annet et oppblåst utseende i ansiktet, hevelse i vevet og en følelse av trykk i hodet. Astronauter beskriver ofte tette bihuler og en "tung" følelse i hoderegionen, som om de er forkjølet. Denne væskeomfordelingen oppstår raskt og er en av de første tilpasningene kroppen gjør for å håndtere det nye miljøet.

Space Adaptation Syndrome (SAS) rammer mange romfarere i starten av romferden. SAS gir symptomer som kvalme, svimmelhet og desorientering, som ligner på sjøsyke (123). De sensoriske systemene i kroppen – spesielt balansesansen i det indre øret – har problemer med å tilpasse seg vektløsheten, noe som skaper forvirrende signaler til hjernen. Heldigvis er denne fasen godt kartlagt, og symptomene går vanligvis over i løpet av én til tre dager. Moderne medisiner som kvalmestillende midler brukes effektivt for å dempe ubehaget, slik at astronautene raskt kan gjenoppta sine oppgaver.

Etter hvert reduseres blodvolumet som en direkte konsekvens av væskeomfordelingen. Fordi mer blod samles i hjertet, oppfatter kroppen det som om det er et overskudd av væske. Kroppen reagerer ved å kvitte seg med denne "unødvendige" væsken, primært gjennom økt urinproduksjon. Dette kan føre til et betydelig tap av blodplasma, den flytende delen av blodet, som reduserer det totale blodvolumet med opptil 10–15 % i løpet av de første dagene. Denne reduksjonen i blodvolum er en tilpasning til miljøet, men den kan føre til en lett dehydreringstilstand. Samtidig reduseres antallet røde blodceller (RBC). Denne tilstanden kalles "romanemi" og gir en mild, men merkbar reduksjon i blodets evne til å frakte oksygen (124). Selv om denne tilstanden stabiliseres over tid, kan det ha konsekvenser ved retur til jorden, hvor kroppens behov for oksygentransport øker igjen på grunn av tyngdekraften.

For mange astronauter blir de tidlige endringene midlertidige tilpasninger som stabiliserer seg etter noen dager. Kroppen finner et nytt "likevektspunkt", der væskeomfordelingen og det reduserte blodvolumet oppleves som en normal tilstand (125). Imidlertid er ikke alle tilpasninger nødvendigvis fordelaktige. Over tid kan disse endringene, spesielt de som involverer blodkar og væske i hodet, bidra til mer alvorlige problemer.

Selv om de akutte endringene i mikrogravitasjon, som væskeomfordeling og redusert blodvolum, er godt forstått etter flere tiår med forskning, er det de langvarige konsekvensene som utgjør de største medisinske utfordringene i dag. Dette gjelder særlig hjernen og synsapparatet, muskel- og skjelettsystemet samt det kardiovaskulære systemet. Ved langvarige romferd kan disse endringene forverres over tid og føre til varige helseskader. Det er derfor et stort behov for videre forskning for å forstå, forebygge og behandle disse konsekvensene.

De neste avsnittene vil fokusere på hvordan mikrogravitasjon påvirker kroppens ulike organsystemer på lang sikt, hvilke utfordringer dette skaper for astronauters helse, og hvorfor denne forskningen kan være avgjørende både for fremtidig bemannet romfart og for helsemessige utfordringer her på jorden.

Effekter på hjernen og øyne

Hjernen er vårt viktigste organ for å regulere kroppens funksjoner og opprettholde både fysisk og kognitiv ytelse. Enhver svekkelse i hjernens funksjon kan påvirke astronautenes evne til å løse komplekse oppgaver, ta raske beslutninger eller reagere på nødsituasjoner. Synet er også helt sentralt for å navigere i romfartøyet, betjene utstyr og opprettholde orientering i mikrogravitasjon. I tillegg kan alvorlige problemer som hjerneødem (hevelse i hjernen), blodpropp eller hjerneslag være livstruende og ekstremt vanskelig å behandle under langvarige romferder. Forskning viser at mikrogravitasjon påvirker hjernen og øynene på måter som ikke bare har kortsiktige konsekvenser under oppdraget, men også potensielle langtidsvirkninger som kan følge astronautene etter hjemkomst (4-5,119-120,23,26-29,123,127,131).

Omfordelingen av væske i mikrogravitasjon fører til at mer blod og cerebrospinalvæske (hjernens beskyttende væske) samler seg i hodet. Dette kan redusere blodstrømmen ut av hjernen og skape økt trykk inne i skallen. Når trykket stiger og det allerede er lite plass igjen til ytterligere væske eller blod, blir hjernen mindre i stand til å tilpasse seg endringer i volum, noe som kan føre til økt følsomhet for trykkvariasjoner og redusert evne til å håndtere normale svingninger.

En av de mest alvorlige konsekvensene av denne væskeomfordelingen er en tilstand kalt Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome (SANS)(4-5,23,25,126,128-130,132). Denne tilstanden er karakterisert av en rekke strukturelle forandringer i øynene som påvirker synet:

• Avflatning av øyeeplet: I rommet kan øyeeplet presses bakover, noe som fører til at det blir mindre rundt og mer flatt. Dette endrer hvordan lys brytes i øyet og kan resultere i tåkesyn eller svekket synsskarphet.
• Hevelse i synsnervene (papilleødem): Synsnerven, som sender visuelle signaler fra øyet til hjernen, kan hovne opp når trykket i hodet øker. Dette er et tydelig tegn på at noe ikke er som det skal i væskedynamikken rundt hjernen og øynene.

• Endringer i netthinnen og blodkar: Små blodkar i øyet kan endres, noe som ytterligere forverrer synsproblemer.

Disse endringene utvikler seg gradvis over lengre tid i rommet og utgjør en betydelig bekymring for fremtidige oppdrag til Mars, som vil vare i opptil flere år (5). Selv om synsproblemer som følge av SANS ofte forbedrer seg etter retur til jorden, er det uklart om de forsvinner helt hos alle astronauter.

Forskning har avdekket flere strukturelle forandringer i hjernen hos astronauter etter lengre tids opphold i mikrogravitasjon (26-29,123,127,131). Mange av disse funnene ligner de man ser hos pasienter med økt intrakranielt trykk (ICP) på jorden, og de gir viktig innsikt i hvordan hjernen påvirkes:

• Empty sella syndrome: Dette er en tilstand der hypofysen, en viktig hormonproduserende kjertel i hjernen, presses sammen og "synker" i sitt benete hulrom. Dette kan skyldes økt trykk i hjernen.
• Økte hulrom i hjernen (hjernens ventrikler): Ventriklene er hulrom som inneholder cerebrospinalvæske. Etter langvarig opphold i verdensrommet har man sett en utvidelse av disse hulrommene hos flere astronauter.
• Endret væskestrøm i hjernen: Studier viser økt og mer pulserende strøm av cerebrospinalvæske, spesielt i hjernens sentrale kanaler. Dette kan være et resultat av hjernens reduserte evne til å håndtere de kontinuerlige endringene i trykk og volum.

• Økte rom rundt blodkar (perivaskulære rom): Disse rommene er viktige for hjernens "renselsesprosess", kjent som det glymfatiske systemet. En økning i disse rommene kan indikere at hjernens evne til å fjerne avfallsstoffer er svekket, noe som potensielt kan ha langvarige konsekvenser for kognitiv helse.

En annen utfordring i rommet er redusert effektivitet i blodstrøm ut av hjernen. På jorden hjelper tyngdekraften blodet med å strømme tilbake til hjertet gjennom blodårer i halsen. I mikrogravitasjon kan denne drenasjen bli redusert, og blodstrømmen i noen årer kan til og med reverseres (24). Dette er en alvorlig bekymring fordi det øker risikoen for blodpropp i halskarene og hjernen, noe som igjen kan føre til hjerneslag – en potensielt livstruende tilstand som er nesten umulig å behandle i rommet.

Den ledende hypotesen for flere av disse endringene er at trykket inne i hodet øker som følge av væskeomfordelingen i mikrogravitasjon. Det er imidlertid vanskelig å bekrefte denne hypotesen fordi pålitelige målinger av trykket i hodet fortsatt krever invasive metoder, der trykket måles direkte ved hjelp av en nål i hjernens hulrom eller spinalkanalen. Slike prosedyrer er både utfordrende og risikable å gjennomføre i rommet. For å unngå invasive inngrep har forskere utviklet over 40 ulike metoder for å estimere trykket i hodet indirekte, blant annet ved bruk av ultralyd og pupillemålinger. Dessverre har ingen av disse metodene vist seg å være tilstrekkelig pålitelige i kontrollerte oppfølgingsstudier (133). De indirekte målingene kan også påvirkes av andre endringer som oppstår i romfartsmiljøet, noe som kan føre til både falske positive og falske negative resultater. Per i dag er invasive metoder fortsatt den eneste presise måten å måle trykket på, og ettersom dette trykket varierer kontinuerlig, bør målinger gjøres over flere timer. Ideelt sett bør de også inkludere metoder for å vurdere hjernens evne til å tilpasse seg trykkendringer (compliance), ettersom dette kan gi et mer helhetlig bilde av hvordan hjernen håndterer væskeomfordelingen i mikrogravitasjon.

Selv om væskeomfordelingen gir en god forklaring på mange av endringene i hjernen og synsapparatet, er det sannsynlig at flere faktorer spiller en rolle i disse forandringene. Alternative og komplementære hypoteser inkluderer metabolske forhold, økt CO₂-nivå i romfartøyet, strukturelle forskyvninger i hjernen, avklemming av blodkar som drenerer blod fra hjernen, endringer i hjernens glymfatiske drenering samt lokale anatomiske forandringer i synsapparatet.

For å håndtere de medisinske utfordringene knyttet til væskeomfordeling og økt trykk i hodet under mikrogravitasjon, har forskere undersøkt flere teknologier og metoder som kan hjelpe til med å regulere væskefordelingen i kroppen. En av de studerte metodene er Lower Body Negative Pressure (LBNP), som bruker vakuum rundt underkroppen for å trekke blod fra overkroppen og hodet ned mot bena (134-135). Resultatene fra LBNP har imidlertid vært motstridende og kan paradoksalt forårsake kollaps i de store venene som drenerer blod fra hodet og dermed ytterligere redusert venøs drenasje. Et alternativ som har fått økt oppmerksomhet er derfor Lower Body Positive Pressure (LBPP), som fungerer ved å øke trykket rundt underkroppen. Andre tiltak inkluderer spesialdesignede drakter og teknikker for å stimulere væskeflyt i kroppen. Likevel er det behov for mer forskning før man kan finne en pålitelig løsning.

Ved lengre oppdrag utenfor lav jordbane (LEO), som på vei til Mars, blir disse problemene enda mer kritiske. Muligheten til å evakuere en astronaut tilbake til jorden ved en medisinsk krise er ikke lenger tilgjengelig, og behandling må kunne gjennomføres i rommet. Dette skaper et presserende behov for pålitelige diagnostiske metoder og effektive behandlingsstrategier for økt intrakranielt trykk. Ubehandlet økt trykk i hodet kan føre til alvorlige komplikasjoner som synstap, permanent hjerneskade eller til og med livstruende tilstander som hjerneødem eller press mot vitale hjernestrukturer.

Denne forskningen har også stor overføringsverdi til medisinske tilstander på jorden (127). For eksempel kan studiene medføre ny innsikt i tilstander som idiopatisk intrakraniell hypertensjon (en tilstand der trykket i hodet øker uten kjent årsak), hydrocephalus (opphopning av cerebrospinalvæske i hjernen), søvnlidelser samt forstyrrelser i blodstrømmen fra hjernen eller andre nevrologiske sykdommer. I tillegg kan teknikker utviklet for å overvåke og behandle astronauter i rommet overføres til jordbasert medisin, og bidra til bedre diagnostikk og behandling av ulike medisinske tilstander i hjernen eller øyne.

Effekter på muskel- og skjelettsystemet

Muskler som normalt bærer kroppens vekt, blir svakere i fravær av gravitasjon dersom dette ikke kompenseres tilstrekkelig gjennom trening eller økt belastning (4-5,119-120,136). Lår- og leggmuskulatur, som vanligvis støtter kroppens vekt og brukes til bevegelse, er spesielt utsatt for svekkelse eller muskelsvinn.

Beinmassen reduseres også dramatisk i områder som ikke belastes, med tap på rundt 1 % per måned i nedre del av kroppen uten tilstrekkelige mottiltak (4-5,119-120,137). Beinvevet er i en kontinuerlig prosess av oppbygging og nedbryting, og uten belastning svekkes dette balanseforholdet, slik at nedbrytningen dominerer. Dette fenomenet ligner på aldersrelatert beinskjørhet (osteoporose) som ses på jorden, men det skjer mye raskere i rommet.

For å motvirke disse effektene, har forskere utviklet effektive strategier. Astronauter gjennomfører daglig to timers intensiv trening med spesialutstyr som simulerer vektbærende øvelser, noe som bidrar til å opprettholde både muskelstyrke og beinmasse. Ernæring spiller også en nøkkelrolle, med fokus på tilstrekkelig inntak av kalsium og vitamin D for å støtte beinhelsen. I tillegg kan medisiner som bisfosfonater redusere nedbrytningen av beinvev. Til tross for disse mottiltakene er det fortsatt en utfordring å bevare beinmassen helt under lange romferder. Noen astronauter opplever fortsatt tap av beinmasse, selv om det har vært betydelig fremgang i å redusere dette tapet. Interessant nok har enkelte astronauter returnert til jorden med sterkere bein enn da de dro, takket være dedikasjon til treningsprogrammene.

Langvarig tap av beinmasse kan ha alvorlige konsekvenser, inkludert økt risiko for beinbrudd under eller etter en romferd. I tillegg kan endringer i beinvevet føre til økt kalsium i blodet, som kan bidra til dannelse av nyrestein. Dette understreker viktigheten av kontinuerlig forskning og utvikling av enda bedre strategier for å beskytte astronautenes helse under romferder og etter hjemkomsten.

Denne kunnskapen har også verdi for helsen på jorden, spesielt for personer med risiko for osteoporose eller muskelsvinn. Romforskning gir innsikt i hvordan kroppen reagerer på manglende belastning, og kan bidra til bedre forebygging og behandling av slike tilstander i fremtiden.

Effekter på hjerte og blodkar

Hjertet og blodomløpet påvirkes også av langvarig opphold i vektløshet (4-5,8,10-11,119-120).  På jorden jobber hjertet mot tyngdekraften for å pumpe blod til hele kroppen, spesielt til hodet og overkroppen. I rommet må ikke hjertet jobbe mot samme motstand, noe som kan gradvis svekke hjertemuskelen og påvirke blodkarene. Redusert blodvolum og motstand i blodkarene under romferden gjør hjertets arbeid lettere på kort sikt. Men når belastningen på hjertet blir mindre over tid, tilpasser hjertemuskelen seg ved å krympe noe i størrelse og styrke. Denne svekkelsen kan skape problemer når astronautene vender tilbake til jordens gravitasjon. Mange opplever blodtrykksfall når de står oppreist, noe som kan føre til svimmelhet eller besvimelse. Dette skjer fordi kroppen har blitt vant til mikrogravitasjon og ikke lenger justerer blodstrømmen like effektivt når tyngdekraften igjen trekker blodet nedover i kroppen. Studier har også vist at hjertets form kan bli mer rund i rommet, noe som ikke nødvendigvis påvirker funksjonen der og da, men kan ha ukjente langsiktige konsekvenser.

Langvarig opphold i rommet kan også påvirke blodårene. På jorden trenger blodårene å være fleksible for å tilpasse seg kroppens skiftende behov, men i rommet kan denne fleksibiliteten reduseres (7). Dette minner om tidlige tegn på hjerte- og karsykdommer som vi ser på jorden, som høyt blodtrykk eller stive blodårer.

I tillegg til disse endringene fungerer kroppens trykksensorer – som normalt regulerer blodtrykket – dårligere i mikrogravitasjon. Dette svekker kroppens evne til raskt å tilpasse blodstrømmen når astronautene endrer stilling, og forverrer problemene med blodtrykksfall ved landing.

For å redusere disse utfordringene trener astronauter daglig med både styrketrening og kondisjonsøvelser, som løping eller sykling. De bruker også spesialutstyr som skaper trykk på bena for å simulere tyngdekraft og forbedre væskefordelingen i kroppen. I tillegg overvåkes kosthold og væskeinntak nøye for å opprettholde blodvolumet og hjertefunksjonen.

Kunnskapen fra romfart har stor verdi også på jorden. Studier av hjertets tilpasning i rommet gir ny innsikt i tilstander som hjertesvikt, blodtrykksfall ved stillingsendringer og aldringsrelaterte endringer i blodårene. Teknologier utviklet for å overvåke astronauters hjertehelse, som bærbare monitorer og avanserte ultralydapparater, brukes nå til å diagnostisere og behandle hjertepasienter på jorden (6,12).

Immunsystemet og mikroorganismer i rommet

I mikrogravitasjon svekkes immunsystemets effektivitet, og astronauter kan oppleve en tilstand kjent som immunosuppresjon, altså at kroppens forsvar mot sykdom svekkes (4-5,119-120). Dette kan blant annet føre til redusert produksjon av T-celler, som er en type "forsvarscelle" i blodet. Disse cellene fungerer som kroppens "soldater" som oppdager og bekjemper virus og bakterier. Når det er færre T-celler, blir kroppen dårligere rustet til å håndtere infeksjoner.

Samtidig kan nivåene av såkalte proinflammatoriske cytokiner øke. Cytokiner er små signalstoffer som hjelper immunsystemet med å kommunisere, og de proinflammatoriske variantene gir beskjed om at kroppen må starte en betennelsesprosess for å bekjempe en trussel. Men i mikrogravitasjon kan disse stoffene være overaktive, noe som fører til en konstant lavgradig betennelse, litt som en kropp som "står i alarmberedskap" hele tiden uten reell grunn. Dette kan være slitsomt for kroppen og gjøre astronautene mer utsatt for infeksjoner, forsinket sårtilheling og allergiske reaksjoner. For eksempel kan selv små kutt eller skader i rommet ta lengre tid å gro, noe som kan utgjøre en betydelig risiko under lengre oppdrag hvor medisinsk hjelp er begrenset.

Mikroorganismer som bakterier og sopp viser også unike tilpasninger til romfartsmiljøet. Mange av disse kan bli mer motstandsdyktige mot antibiotika og lettere forårsake sykdom i mikrogravitasjon. Dette kan skyldes endringer i genuttrykk som påvirker deres vekst og hvordan de angriper kroppen. For eksempel har enkelte stammer av bakterier som E. coli og Staphylococcus aureus vist økt evne til å kolonisere overflater og motstå behandling i rommet (5,138).

Disse utfordringene forverres av romskipets lukkede miljø, hvor mikroorganismer kan spre seg raskt. Forurensning av overflater, vann- og luftsystemer er derfor en konstant bekymring. NASA har gjennomført omfattende studier av mikrobiomet i romfartsmiljøer og utviklet protokoller for å overvåke og kontrollere spredningen av mikroorganismer. Likevel gjenstår det å forstå hvordan de langsiktige interaksjonene mellom mikroorganismer og deres vert, astronautene, kan påvirke helse og sikkerhet på fremtidige oppdrag.

For å holde astronautene friske på lange romferder langt fra jorden arbeides det med å finne nye måter å holde immunforsvaret sterkt og mikroorganismer under kontroll. Forskere jobber med løsninger som for eksempel medisiner som styrker immunforsvaret, eller probiotika – gode bakterier som hjelper kroppen med å holde seg sunn og beskytte mot skadelige mikroorganismer. Videre forskning på dette området vil ikke bare forbedre romfartens sikkerhet, men også gi verdifull innsikt i immunsystemets funksjon og mikrobiell adferd på jorden, med potensielle anvendelser i behandling av immunsykdommer, infeksjoner og antibiotikaresistens.