HDBR – Na Mars přes postel

Zatímco fyziologické účinky krátkodobého pobytu člověka v prostředí mikrogravitace jsou díky misím raketoplánů, či pobytu lidí na kosmických stanicích, relativně dobře popsány, vliv dlouhodobého pobytu ve vesmíru s sebou nese stále mnoho otázek. Nejdelší souvislý pobyt na oběžné dráze absolvoval Valerij Poljakov (437 dní). Nejnovějšími „rekordmany“ jsou v tomto ohledu Scott Kelly a Michail Kornienko, kteří na ISS strávili souvisle 340 dní. Je jasné, že z hlediska potřeb dlouhodobých kosmických misí trvajících déle než 3 roky, jako by tomu bylo např. u misí na Mars, jsou dispozici údaje získané jen od malého počtu testovacích „subjektů“ a čas, který tito astro/kosmonauti ve vesmíru strávili, také není dostatečný. A tak přicházejí ke slovu analogové simulace, jako jsou relativně levné a dobře řiditelné bed-rest studie – neboli studie vlivu dlouhodobého uložení člověka na lůžko, které mají velký význam také z hlediska klinického medicínského výzkumu – tedy pro péči o nás, běžné pacienty.

Člověk a “Mikrogravitace”

V kosmickém prostoru na člověka působí gravitační zrychlení, které je pouhým zlomkem tíhového zrychlení, které na člověka působí na Zemi. „Mikrogravitace“, jak tento fyzikální jev nazýváme, má na lidský organismus velmi specifické účinky. Spolu s uzavřeným prostředím, izolací, nedostatkem soukromí, pobytem v umělé atmosféře, s umělým osvětlením a zvýšenými hodnotami kosmického záření a s narušením cirkadiánního režimu a dalšími faktory, mikrogravitace působí jako jeden z komplexu (tzv. bio-psycho-sociálních) stressorů, které mají přímý vliv na výkonnost (práceschopnost) a kvalitu života člověka ve vesmíru.

Účinků stavu beztíže na lidské tělo je mnoho.

Účinků stavu beztíže na lidské tělo je mnoho.

Budoucnost pilotované kosmonautiky však s sebou přináší nové výzvy, jako jsou mise na Měsíc či na Mars, ve kterých budou důležitou úlohu sehrávat náročné planetární operace, které budou muset být realizovány po různě dlouhých obdobích strávených v prostředí mikrogravitace. Organismus astronautů v tomto případě bude muset být schopen zvládnout velkou fyzickou zátěž a to bez ohledu na předchozí období relativního klidu, kdy u člověka pozorujeme rozvoj stavu, který se nazývá deconditioning, neboli úbytek funkčních rezerv a schopností organismu. To má pak zásadní vliv na nejen na práceschopnost člověka, ale jak se také ukazuje, i na schopnosti v oblasti naplňování základních životních potřeb.

Výzkumu problematiky účinků pobytu člověka v prostředí mikrogravitace se vědci intenzivně věnují již od počátku pilotovaných kosmických misí. I v současné době na Mezinárodní kosmické stanici probíhá celá řada studií, které se zabývají širokou škálou specifických účinků mikrogravitace na lidský organismus. Zvláštní pozornost je při tom věnován výzkumu v oblasti fyziologie svalů a kostí a výkonnosti kardiovaskulárního systému. Dalšími tématy jsou dýchání, hormonální a nervové řízení či tekutinové hospodářství organismu atd. Díky těmto studiím již vědci získali celou řadu zajímavých a důležitých poznatků. Avšak časový rozsah a vzorek populace, na které je výzkum účinků pobytu člověka v prostředí mikrogravitace prováděn, je z hlediska budoucích potřeb kosmonautiky nedostatečný. Například mise raketoplánů byly v průměru desetidenní a na ISS astronauti tráví cca šest měsíců a nedávno skončila mise dlouhá téměř rok. Také počet lidí, kteří se do dnešního dne do vesmíru podívali, je relativně malý (v době, kdy píši tento článek to je 543 lidí).

Analogové studie

Levnější a v mnoha ohledech výhodnou alternativou, či doplněním výzkumu, který je realizován na oběžné dráze, jsou tzv. analogové studie, neboli simulace některých aspektů kosmického letu v pozemských podmínkách. Pro potřeby simulací vlivu mikrogravitace na fyziologii člověka se používají například tzv. parabolické lety. Letoun po dosažení vhodné letové hladiny provede speciální manévr, v průběhu kterého se předměty na jeho palubě dostanou cca na 18 až 21 vteřin do volného pádu, který je v útrobách letadla pociťován „stav beztíže“ (weightlessness).

Parabolické lety jsou využívány zejména pro výzkum okamžitých reakcí organismu na simulovanou mikrogravitaci (uprostřed parabolické křivky) s následnou hypergravitaci (na začátku a konci parabolické křivky). Máme zde na mysli zejména reakce kardiovaskulárního, respiračního a nervového systému. V rámci kampaní parabolických letů se ve speciálně upravených letadlech také testují nové postupy a technologie určené pro využití na oběžné dráze Země.

Water Immersion (WI) a Dry Immersion (DI), jsou dalšími z metod, které jsou využívané pro simulaci účinků mikrogravitace na lidský organismus. Pokusný subjekt je v polosedě, zabalen do speciálního nepromokavého pytle a až téměř po krk je uložen do vany napuštěné vodou, nebo speciálním (např. silikonovým) gelem. Tekutina, či gel, ve kterém jsou pokusné osoby umístěny má termoneutrální teplotu, čili něco mezi 34-35°C. Počet WI a DI studií je však také dosti omezený a to zejména pro malý počet speciálních vodních lůžek (nebo spíše jakýchsi van), ve kterých jsou prováděny.

Je tu však ještě jedna metoda, která je co do realizace relativně technicky nenáročná a tedy i levná, její výsledky jsou velmi přesné a do studií lze zahrnout velké množství pokusných osob. Metodu, o které je řeč, nazýváme bed-rest studie, neboli dlouhodobé upoutání na lůžko.

Železné plíce

Již v průběhu druhé světové války si lékaři, kteří ošetřovali zraněné vojáky, všimli, že čím dříve po operaci jejich pacienti opustili lůžko, tím rychlejší bylo i hojení jejich zranění. Ve druhé polovině 20 století již bylo zřejmé, že setrvání na lůžku při léčbě má pozitivní efekt jen do určité míry. V té době trápila řadu zemí světa epidemie dětské mozkové obrny, čili poliomyelitidy. Toto infekční virové onemocnění napadá centrální nervový systém, těžce jej poškozuje, následkem čehož dochází k postupné ztrátě hybnosti končetin a s pokračující progresí onemocnění v jeho těžké formě dochází k napadení mozkového kmene s následným selháním životně důležitých orgánů, zejména plic. Paralýza dýchacích svalů totiž způsobí zástavu dýchání.

Do doby, než byla v roce 1950 objevena účinná vakcína, bylo pro postižené děti jedinou záchranou jejich umístění do speciálního zařízení, kterému se lidově říkalo „železné plíce“. Člověk byl až po krk uzavřen do jakéhosi tubusu, ve kterém se pravidelně tvořil podtlak, který způsoboval zvedání hrudního koše a tím umožňoval dýchání. Metoda, která sice zachraňovala dítěti život, připomínala spíše mučení. Pacient byl prakticky znehybněn a byl odsouzen dožít svůj život upoután na lehátko, zasunutého do přístroje, ze kterého mu vykukovala jen hlava.

Lékařský tým, vedený Donem Whedonem si u takto postižených dětí všimli zajímavého jevu a to zvýšeného vylučování kalcia močí. Ukázalo se, že u dlouhodobě ležících a nehýbajících se nemocných dochází k postupnému řídnutí kostí, tedy ke ztrátám kostní hmoty a rozpadu kostní trámčiny, kdy kosti ztrácí svou pevnost. Tyto změny nejsou přitom součástí primárního onemocnění, ale dochází k nim v důsledku nedostatku fyzické aktivity a z ní plynoucího zatěžování kostí. Další studie na zdravých dobrovolnících, ale i pozorování na pacientech ukázala, že kromě ubývání kostní hmoty dochází i k výrazné redukci svalové hmoty a síly a k oslabování výkonnosti kardiovaskulárního systému. Tento soubor příznaků pak dostal jméno „imobilizační syndrom“.

Postupem času se spolu s rozvojem pilotovaných komických letů začalo ukazovat, že imobilizační syndrom má mnoho společného se stavem, ve kterém se astro/kosmonauti vraceli z kosmických misí a který letoví lékaři nazývali slovem „deconditioning“, neboli snižování fyziologické a psychické kapacity lidského organismu, v tomto případě v důsledku kosmického letu.

Již od samých počátků pilotovaných kosmických letů se lékaři intenzivně zabývali otázkou, jak na lidský organismus působí pobyt v prostředí mikrogravitace. Aby bylo možné účinky beztížného stavu na lidské tělo simulovat na Zemi, byla v bývalém Sovětském svazu rozpracována metoda, v rámci které se snížené působení gravitace na lidské tělo simulovalo pomocí ponoření jednak do vody a později také do speciálního gelu (angl. water immersion/dry immersion). Výsledky z těchto studií byly sice zajímavé, ale sama metoda se ukázala jako nepraktická, protože přebývání ve vodě delší než 24 hodin s sebou nese vedlejší nepříjemné následky. (Později se metoda zdokonalila – takže subjekt je ponořen ve vodě, ale v podstatě leží/či sedí ve speciálním pytli, takže je v suchu. Metoda se pro některé aspekty výzkumu používá dodnes.)

V sedmdesátých letech však výzkum fyziologických účinků mikrogravitace na lidský organismus obohatila nová metoda. Její příběh se začal psát ve chvíli, kdy si kosmonauti po návratu z vesmíru stěžovali na potíže s usínáním. Stěžovali si, že po ulehnutí na lůžko a zavření očí mají pocit, že mají nohy svěšené z postele. Tento jev působil při usínání velmi rušivě. Pomohlo jedině, když si člověk v posteli nohy podložil a to tak, že měl kotníky nad úrovní hlavy. A tehdy si vědci uvědomili že poloha v leže, při které je hlava níž, než nohy, může mít na lidský organismus podobné účinky, jako pobyt v mikrogravitaci. A tak se zrodila bed-rest simulace.

Hlavou dolů

Bed-rest, přesněji head-down bed-rest je simulační model, sloužící k popisu fyziologických změn, ke kterým dochází v průběhu kosmického letu. Pro bed-rest je charakteristická zejména imobilizace na lůžku, inaktivita, izolace a eliminace gravitační Gz síly (stimulů), jako jsou posturální změny a změny směru, tedy reakce těla jako odezva na informace ze senzorů (gravireceptory, proprioreceptory).

Dlouhodobě ležet není tak snadné ani příjemné, jak se může zdát.

Dlouhodobě ležet není tak snadné ani příjemné, jak se může zdát.
Zdroj: https://space.blog.gov.uk

Faktem je, že nějakou dobu trvalo, než se vědcům podařilo metodiku vybrousit tak, aby její účinek co nejvíce odpovídal vlivům, kterým je člověk vystaven při pobytu v prostředí mikrogravitace. V průběhu času se testovaly bed-rest polohy se sklonem hlavou dolů o hodnotách –15, –10 a –5°. Ale nakonec se ukázalo, že z mnoha důvodů je ideální poloha se sklonem kompromisních –6°. Tento sklon na lidský organismus v některých aspektech působí jako 0.1Gz. Tato poloha je také výhodná, protože je pro testovací subjekty pohodlná, mohou se dobře najíst, či pokrčit nohy.

Doba, po kterou jsou pokusné osoby uloženy na lůžko trvá mezi 30 až 90 dny a podmínky, ve kterých jsou bed-rest studie realizovány, bývají přísně kontrolované. Kromě sklonu lůžka, jsou stanoveny i další parametry prostředí. Teplota v místnosti je stanovena na příjemných 22°C (± 2°C). Vlhkost prostředí je stanovena na 70% (± 5%). Velmi důležitým parametrem jsou světelné podmínky v místnosti, ve které je bed-rest studie realizována. Den pokusným subjektům začíná a 6:00 ráno a večerka, tedy čas, kdy se zhasíná je stanovena na 22:00 hodin.

Kromě parametrů prostředí bývá také stanoven striktní režim dne. Ve stejný čas se každý den jí a všichni účastnící bed-rest studie se podrobují pravidelným kontrolám základních fyziologických funkcí. Každému je měřena tělesná teplota, krevní tlak, tepová a dechová frekvence, jsou pravidelně váženi a sleduje se příjem a výdej tekutin. Pokoj, ve kterém je bed-rest studie prováděna je pod dohledem 24h/d (kamerovým systémem). Nesmíme zapomenout zmínit také pravidelné cvičení na lůžku za asistence fyzioterapeuta. Pokusní králíci mají nárok také na návštěvy psychologa a je li to možné, mohou občas přijímat i soukromé návštěvy.

Pokusní králíci/Pillownauti

A nyní se dostáváme k další důležité otázce. A sice, kdo se může, jako pokusná osoba, bedrest studie účastnit? Chcete-li se stát „pillownautem“ (pillow = polštář), musíte být naprosto zdravý muž, či žena ve věku od 24-55 let. Dá se dokonce říci, že váš zdravotní stav musí téměř odpovídat zdravotnímu stavu astronautů. Váš krevní tlak musí být v normě a stejně tak se na vašem EKG nesmí objevovat žádné abnormality. Nesmíte brát žádné léky. Ty by totiž mohly ovlivnit výsledky testů (fluoridy, steroidy). Organismus pokusného subjektu musí být v normálním, fyziologickém výživovém stavu, tj. BMI 18,5 – 24,9 (ESA), resp. 21 – 30 (NASA). Nutno podotknout, že směrodatnější, než je index BMI, je hladina albuminu v krvi 65-85g/l. V těle nesmíte mít voperované žádné kovové implantáty. Častou diagnostickou metodou, využívanou v rámci bed-rest studií je totiž MRI, neboli nukleární magnetická rezonance. Ve vaší anamnéze a při podrobných vyšetřeních budou dále lékaři pátrat po tom, jestli nemáte potíže se štítnou žlázou, netrpíte ledvinovými kameny, nemocemi kostí, srdce, či jakýmkoliv duševním onemocněním. Nepříjemný problém, který také může zhatit vaši případnou účast na bed-rest studii je stav, který nazýváme „gastroezofagiální reflux“. V podstatě jde o pronikání žaludečního obsahu zpět do jícnu, který je pak kyselými žaludečními šťávami naleptáván. Je vám asi jasné, že při uložení pokusné osoby na lůžko se sklonem hlavou dolů -6°, by tento stav ještě zhoršilo.

Nejméně 6 měsíců před zahájením studie nesmíte kouřit a ve vaší osobní a rodinné anamnéze nesmí být údaj o prodělané trombóze. Trombóza je totiž jednou z velmi nebezpečných komplikací dlouhodobého uložení člověka na lůžko. Dále musíte mít v normě krevní a močové testy, musíte mít negativní test na BK (TBC) a ženy musí být bez těhotenství, hormonální antikoncepce a s normální menstruací. Dále musíte dobře vyjít z psychologických testů a je třeba také upozornit na požadavek čistého trestního rejstříku.

Lehněte si, prosím…

Jste fit? OK, vaše účast na bed-rest studii může začít. V současné době se bedrest studie, určené pro potřeby kosmického výzkumu, provádějí na několika pracovištích po světě. Mezi ty nejvýznamnější patří Flight Analog Research Unit (FARU) na University of Texas v Houstonu, kde se provádějí studie zejména pro potřeby NASA. Pro ESA jsou bedrest studie realizovány například v Institut de Médecine et de Physiologie Spatiales (MEDES) ve francouzském Toulouse a také v Kolíně nad Rýnem v centru kosmické medicíny DLR. Samozřejmě nesmíme zapomenout na bed-rest studie, které jsou realizovány v ruském IBMP, neboli Institutu pro biomedicínské problémy (Институт медико-биологических проблем) spadajícím pod Ruskou akademii věd. Samozřejmě, že nejde o konečný výčet vědeckých pracovišť, zabývajících se studiemi bed-rest. Výzkumné kampaně různého zaměření provádí také celá řada dalších ústavů a univerzit.

„Práce“ účastníka bed-rest studie však není, jak by se mohlo na první pohled zdát, snadná. Kromě celé řady testů, které musí probandi podstupovat, je čeká také přísný denní režim, který je nutno dodržovat. Tento režim je samozřejmě modifikován dle zaměření bed-rest studie, ale obecně lze říci, že den vypadá asi takto: Budíček bývá v 6:00 ráno. Následují nezbytné kontroly fyziologických funkcí. Sestřička vám změří tlak, puls a teplotu a odebere vám moč a krev. Běžně se provádějí např. biochemické laboratorní testy: Na, K, Cl , Kreatinin, AST, ALT, Cholesterol, CRP, triglyceridy, tuky. Dále pak krevní obraz a srážlivost. Vyšetřuje se moč, nejčastěji chemicky a sediment a také samozřejmě její množství za 24 hodin (tzv. diuréza). Po prvních testech a hygieně následuje snídaně. Není-li určeno jinak, jí se 3x denně. Všechno jídlo musí být zkonzumováno. Je také přesně určen poměr živin v jedné porci. Ta musí obsahovat 55 procent karbohydrátů, třicet procent tuků a patnáct procent bílkovin. Minimální příjem tekutin je obvykle stanoven na dva litry denně. Káva, kakao, čokoláda, čaj nebo rostlinné nápoje jsou zapovězeny.

Dny v posteli jsou „zpestřeny“ celou řadou vyšetření

Dny v posteli jsou „zpestřeny“ celou řadou vyšetření
Zdroj: https://sciences-techniques.cnes.fr

Ležíte na standardním nemocničním pokoji, k ruce máte stolek s počítačem s přístupem na internet, noční stolek, lampičku, močovou láhev a mísu. Váš den je pak dle zaměření studie zaplněn celou řadou testů. K vyšetřování pohybového aparátu, konkrétně stavu kostry, se v rámci bed-rest studií využívají speciální radiodiagnostická vyšetření, jako je např. DXA (Dual Energy X-Ray Absortiometry). DXA je využívána zejména pro vyhodnocování hustoty minerálů v kostech (tzv. kostní denzita). Jako referenčních bodů se při tomto vyšetření užívá krčku kosti stehenní, a obratlů bederní páteře. Mezi radiodiagnostická vyšetření hojně využívaná v rámci studií bed-rest patří také QCT (Quantitative Computerized Tomography). Pomocí této metody je možné nejen vyhodnocovat hustotu kostní hmoty, ale také geometrii kostí. Jako referenční body zde slouží zejména bederní obratle a krček kosti stehenní.

Důležitým ukazatelem fyziologických změn v lidském organismu jsou také změny ve stavu výživy pokusných osob. Ten se kromě pravidelného vážení a měření (pro výpočet BMI) hodnotí pomocí hladiny albuminu v krvi. Při pravidelných odběrech krve se dále vyšetřují ukazatele jako je krevní obraz a další standardní hematologické a biochemické testy. Dosti specifické a důležité jsou testy hodnotící tzv. markery kostního metabolismu. N-telopeptid (NTX), Pyridinolin (PYD), Deoxypyridinolin (DPD), – carboxy glutamická kyselina, C-telopeptid (CTX), či Helical Peptid (HP).

Funkční diagnostika, to je další série testů, které pokusní králíci na lůžku absolvují. V jejich průběhu se zjišťuje například svalová síla a výdrž. Rychlost přenosu nervosvalových impulsů (EMG). Na šlapadle (bicyklová ergometrie) se zase prověřují změny kardiovaskuární výkonnosti, měří se aerobní kapacita plic, krevní tlak, či EKG. Provádí se celá řada speciálních testů, jako je měření rozdílu tlaků mezi pravou síní a komorou (diagnostika tzv. trikuspidální regurgitace), nebo se zjišťuje krevní tlak v plicních arteriích.

Již dříve byla v textu zmínka o odběrech krve, určených pro laboratorní biochemická a hematologická vyšetření. To však není zdaleka všechno. Důležitým tématem bed-rest studií je vliv inaktivity na lidský imunitní systém. Vědci v krvi zjišťují přítomnost stresových markerů, např. kortisolu (vliv stresové zátěže na imunitu člověka). Zjišťuje se počet bílých krvinek, či přítomnost protilátek.
O pillownauty se během celé studie kromě denních lékařů starají také sestřičky, fyzioterapeuti, nebo psycholog či nutriční terapeut. K dispozici je kromě wifi obvykle čtivo, můžete mít telefon a možné bývají i návštěvy. Jinak je vše přísně podřízeno účelu studie.

Co se zjistilo?

Výsledky bed-rest studií jsou nesmírně zajímavé, a to nejen z kosmonautického hlediska, ale také z hlediska klinické medicíny a péče o běžné pacienty na Zemi. První fyziologické změny u lidí, uložených na lůžku zjišťujeme během 36 hodin. Jako první reaguje kardiovaskulární systém. Dochází k jeho oslabování, které se projevuje postupným zvyšováním srdeční frekvence. V následujících 7 – 10 dnech dochází ke snižování srdečního výdeje a také snižování žilního návratu. K vyhodnocování výkonnosti kardiovaskulárního systému používáme metodu měření maximální spotřeby kyslíku (V O2 max). Hodnota tohoto ukazatele je přímo závislá na době, po kterou upoutání na lůžko trvalo. Během 30 denního ležení dochází k poklesu průměrně o 0,9% denně. Tento pokles je nezávislý na věku a pohlaví. Primární příčinou poklesu srdečního výdeje je redukce objemu vypuzované krve. Ta není způsobena změnami v srdeční kontraktilitě. Srdeční kontraktilita se se naopak zvýší, pro zvýšení citlivosti tzv. beta adrenergních receptorů. Příčinou je snížení objemu plasmy, které je způsobeno rychlým zvýšením diurézy (zvýšením močení), které začíná 24 až 48 hodin od uložení na lůžko. Tento pokles činí 10-20%.

Dále dochází k rozvoji ortostatické hypotenze. Ta se projevuje zejména při rychlé vertikalizaci člověka, kdy kardiovaskulární systém nestačí dostatečně zareagovat na změnu vektoru působení gravitační síly, což způsobí náhlý, dočasný pokles krevního tlaku k mozku, který může vést ke krátkodobé ztrátě vědomí (tzv. synkopa). Nelze také opomenout nebezpečí rozvoje trombózy žil v dolních končetinách, ke které dochází v důsledku výrazného zpomalení průtoku krve. Tento stav může být závažnou komplikací bed-rest. Z klinické praxe víme, že pacienti s žilní trombózou mají 50% šanci, že se u nich rozvine plicní embolie, stav, u kterého existuje 30% až 50% riziko smrti. Lze také říci, že délka uložení na lůžko přímo souvisí s četnosti výskytu žilní trombózy.

Přesuny tělesných tekutin, ke kterým dochází díky změně vektoru působení gravitační síly a oslabení kardiovaskulárního systému, způsobují otoky v bederní oblasti a v horních partiích těla (podle úhlu náklonu). Vzedmutí bránice pak vede k hypoventilaci plic. Situace vede k několika zajímavým jevům. Jednak dochází k rozvoji dehydratace, protože otoky vedou k podráždění receptorů hlídajících hydrataci organismu, nacházejících se v cévách v horní části těla. Tělo si otoky v horních partiích těla vyloží jako „převodnění“ a aktivuje řetězec reakcí, vedoucích ke zvýšenému vylučování moči. Navíc, v důsledku demineralizace kostí, o které si řekneme dále, dochází ke zvýšenému vylučování Ca++ a P močí, což vede v močových cestách ke zvýšenému riziku tvorby ledvinných, či močových kamenů a aby toho nebylo málo, dochází také vlivem náklonu ke zpětnému toku moče (tzv. reflux moče), nečistoty tak stagnují v močových cestách, což může vést k močovým infekcím.

Stejně tak jako u astronautů pobývajících na palubě ISS v prostředí mikrogravitace, tak i u pokusných subjektů uložených na lůžko se sklonem -6° hlavou dolů, můžeme pozorovat významné změny v oblasti pohybového systému, zejména ve smyslu ubývání svalové síly a hmoty i změn ve struktuře kostí, směrem k jejich řídnutí. Tyto změny jsou přitom přímo úměrné době uložení na lůžko. Co se svalové hmoty týče, nejvíce jsou postiženy zejména posturální svaly (čili svaly, udržující vzpřímený postoj). Dochází k úbytku svalové hmoty, která má různou míru v různých svalových skupinách. Svalová atrofie se začíná projevovat již pátý den po upoutání na lůžko a to zvýšeným vylučováním dusíkatých látek ledvinami. Dochází totiž k převaze svalové atrofie oproti jejich syntéze, neboli k tzv. negativní dusíkové bilanci. Biopsie (odběr tkáně) několika svalů, po 30 dnech ležení ukazují velké množství mikroskopických strukturních změn ve smyslu poškození buněk. Dochází také k poklesu průtoku krve svalem a ke zmenšování aktivity oxidativních enzymů kosterních svalů. A tak během bed-rest studie, která trvala 119 dní, došlo u pokusných osob až k celkovému 30% úbytku svalové hmoty. Zhoršování přenosu nervových vzruchů pak vede k potížím s udržením stoje a rovnováhy, chůzí a výrazně se zvyšuje riziko pádů a svalových poranění. V podstatě je to velmi podobné tomu, s čím se setkáváme u lidí ve stáří.

Předchozí věta platí i v případě systému kosterního. Kosterní systém člověka v podstatě také funguje na zpětnovazebném principu, kdy je v podmínkách zemské gravitace, na základě rozložení hmotnosti udržována rovnováha mezi formováním nových kostních osteoblastů a resorbcí starých kostí osteoklasty. Jenže následkem dlouhodobého uložení člověka na lůžko, nebo také v důsledku dlouhodobého pobytu v prostředí mikrogravitace, dochází k narušení normálního rozložení hmotnosti a v důsledku toho dojde k narušení resorbce kalcia a ke ztrátám kostní hmoty. To vede ke zvyšování vylučování kalcia močí. To lze pozorovat již první týden od uložení pokusného subjektu na lůžko. Vrchol tohoto procesu vidíme v pátém až sedmém týdnu ležení, kdy jsou hodnoty vápníku v moči vyšší o 60%. Navíc nejen, že potřebný vápník z kostí ztrácíme. Potíže jsou i s jeho vstřebáváním ze střev, které je nižší o 24 až 31%. Na ztráty kostní hmoty jsou nejcitlivější kosti dolních končetin. Páteř naproti tomu přijde během pěti týdnů jen asi o 0,9% kostní hmoty. Ztráty hmoty u ostatních kostí kolísají od 2 do 10% za měsíc. Změny v kostní hmotě nemají takový okamžitý účinek na funkční kapacitu, jako mají změny kardiovaskulárního, nebo svalového systému. Nicméně dochází ke zvýšenému riziku vzniku zlomenin.

Pohyb je život…

Bedrest studie jsou také vynikajícím modelem pro demonstraci vzájemné provázanosti fyziologických funkcí člověka a jeho psychikou. Smyslová a sociální deprivace, spojená s dlouhodobým upoutáním na lůžko má vliv na plasticitu mozku, kognitivní výkonnost a emocionální stav člověka Velice záhy vidíme narušení pravidelného intervalu bdění a spánku. Během bed-rest studií vědci sledovali změny srdečního rytmu a výkyvy hladin různých hormonů během dne. Ukázalo se, že k těmto změnám dochází již v období kratším než deset dnů. Tato deregulace může být ještě umocněna například celodenním pobytem v zatemněné místnosti, nepravidelným podáváním jídla. Studie ukázaly, že jedním z největších stresorů je nuda. Leží-li pokusná osoba, nebo třeba pacient týdny v jednom pokoji a většinu dne se kolem něho nic neděje, má to za důsledek únavu a spavost během dne. To má samozřejmě negativní důsledky pro pravidelnost cirkadiánního cyklu. Rozsáhlé studie ruských lékařů, kteří testovali vliv nízké pohybové aktivity a sociální a smyslové deprivace na dobrovolníky dlouhodobě upoutané na lůžko a na kosmonauty pobývající na orbitální stanici Mir a na Mezinárodní kosmické stanici, prokázaly, že nedostatek pohybu a pobyt v jednotvárném izolovaném prostředí vede k rozvoji syndromu, který označujeme astenie. Jde o nervovou nebo mentální slabost, která se projevuje únavou, rychlým ubýváním sil, nízkým prahem citlivosti, extrémní emocionální nestabilitou, střídáním nálad a poruchami spánku. Objektivně se takový člověk jeví bledý, zesláblý, studeně opocený. Při posazování či stavění vedle lůžka má sklon k ortostatickým kolapsům (mdlobám), trpí vertigem (točení hlavy). Zhoršují se také schopnosti v oblasti rozhodování a řešení problémů.

Závěr
Ve článku jsme se pokusili objasnit si jen některé souvislosti, týkající se bedrest studií, jako simulace fyziologických účinků pobytu v mikrogravitaci na lidské tělo. Mnoho z vás si jistě také uvědomilo, jak zajímavé jsou bed-rest studie nejen z hlediska kosmonautiky, ale také z hlediska léčby a péče o nemocné na Zemi. Než se člověk vydá na Mars, musí se ještě objasnit celá řada věcí, zejména ve smyslu protiopatření, která bude nutné ještě vyvinout. Jistá je však jedna věc. Cesta člověka na Mars je sice ještě daleko, ale výsledky z tohoto výzkumu již dnes pomáhají zachraňovat životy a zdraví nám, lidem na Zemi.

Zdroje informací:
http://cupola.gettysburg.edu/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Boháček Pavel, Koudelková Ivana: Analogové studie a vliv smyslové a sociální deprivace na pacienty dlouhodobě upoutané na lůžko; Florence. 2013, roč. 9, č. 7-8, s. 26-27.

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2012/11/Checking_bed_angle
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/10/Bedrest_daily_life
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/10/Bedrest_energy
https://twitter.com/DLR_en/status/700956057292525570

HDBR - Na Mars přes postel, 2.5 out of 5 based on 27 ratings
Pin It
(Visited 2 006 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (27 votes cast)
(Visited 2 006 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


19 komentářů ke článku “HDBR – Na Mars přes postel”

  1. bill napsal:

    Opravdu výborný článek! Děkuji. 🙂

  2. Vojta napsal:

    Článek je skvělý, ale k pasáži o letech po parabolické dráze mám výhradu. Stav beztíže vůbec nemusí být v uvozovkách, jedná se o opravdový beztížný stav, který se (až na možnou dobu trvání) v ničem neliší od letu na oběžné dráze. Kosmická loď se také pohybuje po obecné balistické křivce. Pak mi také přijde nepřesné popisovat střed a konce parabolické křivky. Beztížný stav trvá po celou dobu, kdy je letoun na parabolické dráze. Přetížení nastává při obratu ve spodní části letu, který už s tou původní parabolickou dráhou nemá nic společného.

    • Nemáš pravdu. U parabolického letu je zbytkové zrychlení 10^(-2) až 10^(-3), na ISS 10^(-4) až 10^(-6), na nějaké samostatně letící družici 10^(-6) i lepší.

  3. Filip napsal:

    Opravdu hodně zajímavý čtení, díky.

  4. Petr Kasan napsal:

    Na osel.cz vyšel nedávno zajímavý článek o výsledcích studie vlivu pobytu v kosmu na laboratorní myši, které ukazuje na riziko poškození jater.

  5. Quardok napsal:

    Paráda, děkuji autorovi, více takových článků. Dozvím se, rozšířím si lehce slovní zásobu a ještě mohu přemýšlet o možných aplikacích do jiných částí života. Např. proč mi nemocné děti chtějí zbořit domov po dvou dnech ležení v posteli apod. :))

  6. Andrej Vrbenský napsal:

    Kde sa môžem prihlásit ma taký ležing výskum? 🙂

    • Racek napsal:

      No, třeba za pár desítek let na LDNce. Ale moc ti to nepřeji. Vím o čem mluvím.

      • Andrej Vrbenský napsal:

        Hej takyto výskum za cenu poškodenia zdravia, treba zvážiť. Zvlášt keď mame skúsenosti s paralizujúcimi chorobami kde môžeme bohato čerpat. Jasne chorý organizmus môže reagovat inak ale ak mame chorobu zmapovanú tak by sa to dalo + o dobrovolníkov by nebola núdza. Povedzte ochrnutèmu mladèmu človeku že bude pracovať pre NASA/ESA… za cenu že s nim budú denne tvrdo cvičiť (boj proti rednutou kostý) a skušat na nom liečbu, v podstate takú aku by aj tak potreboval.

  7. hansnasa napsal:

    Každopádně pro let na Mars musí vymyslet nový druh pohonu a tím pádem snížit dobu přepravy kosmonautů k cíli.Je to dle mne nejschůdnější cesta.A možná v budoucnu to vyřeší umělá gravitace.Jinak výborný článek.Díky

  8. Daniel Bozner napsal:

    Bude určitě lepší člověka na Mars neposílat, bylo by to sice pro lidstvo zajímavé ale značně náročné a pro astronauty nebezpečné. Ono by bylo nelepší zůstat jen na ISS a dál radši ne.

    • Dušan Majer napsal:

      Pilotovaná výprava je sice mnohem komplikovanější, ale její přínosy jsou významnější.

      • Racek napsal:

        Jo, dlouho jsem byl také o tom přesvědčen. Dnes, když se dívám na výkony automatů, o tom nejsem už zcela přesvědčen. I když odvážné a úžasné by to bylo.

        • Racek napsal:

          No, některé komentáře se mi vskutku „povedly“…sakra

        • Dušan Majer napsal:

          Nejde jen o vědecké objevy, které se vykonají na Marsu, jde i o o, že vývoj systémů pro podporu života najde uplatnění v běžném životě na Zemi.

    • Spytihněv napsal:

      Je pravda, že to nebude procházka růžovým sadem, ale samozřejmě riziková akce, na druhou stranu se o tu šanci kandidáti rozhodně budou rvát i s vidinou všech nebezpečí, tak proč jim nedat šanci navždy se zapsat do dějin dobývání vesmíru.

  9. Honza napsal:

    Clanek jiste skvely, plny paradnich a vycerpavajich informaci. Bohuzel si musim postesknout nad kvalitou cestiny. Clanek obsahuje velke mnozstvi gramatickych a stylistickych chyb a nesmsylu, ktere jinak vyborny clanek degraduji. Chapu, jedna se o tolikrat zminovany fakt, ze autor neni profesional (opravdu v tomto pripade neni? – clanek pusobi az akademicky) a nejsme tu kvuli studiu cestiny, ale kosmonautiky – i tak si troufnu na tento problem upozornit. Normalne jsem pomerne shovivavy a obcasne chyby a preklepy bez problemu toleruji…ovsem slovy klasika „vocat pocat“ 🙂 (mysleno s lehkou nadsazkou. Tema je podano velice vycerpavajicim a odbornym zpusobem a prave proto bych uvital, kdyby tam nebylo tolik chyb napriklad v interpunkci. Je potom tezke ve slozite vete dohledavat, k cemu vlastne ono dovysvetleni patri). Prosim redakci a autora, aby toto nebylo brano jako utok, ale vyjadreni pripominky. Myslim (doufam), ze v tomto nazoru nebudu osamocen … I tak diky za clanek!

    • Dušan Majer napsal:

      Děkujeme za zpětnou vazbu, chyby se pokusíme opravit.

    • Pavel Boháček napsal:

      Pane Honzo, děkuji za komentář. I já, jako autor, si cením dobře míněných poznámek ke kvalitě své práce. Máte pravdu, že špatná čeština dokáže znehodnotit i sebelepší článek. Rozhodně na tom ještě zapracuji. Děkuji i za ostatní komentáře.
      Pavel Boháček – autor

Zanechte komentář