Med sikte på Mars – nyfiken på rymdmedicin
Efter ett halvsekel i jordnära omloppsbana är människan på väg långt ut i rymden igen. Först tillbaka till månen. Sedan Mars! För att det ska gå bra krävs mer forskning om rymdens påfrestningar på människokroppen.
Text: Anders Nilsson för tidningen Medicinsk Vetenskap nr 4 2023
När Neil Armstrong tog människans första steg på månen slog hans hjärta 125 slag i minuten. Det vet vi eftersom besättningen på Apollo 11 bar EKG-sensorer under hela resan. På mer än 350 000 kilometers avstånd kunde kontrollrummet vid NASA:s rymdcenter i Houston i realtid följa astronauternas hjärtaktivitet. Det är en bra illustration av både möjligheterna och begränsningarna inom rymdmedicin. Allt kan förberedas och övervakas i detalj – men skulle något allvarligt inträffa är jorden och dess vårdresurser mycket långt bort.
Livet på jorden har utvecklats för att fungera i de mest skiftande miljöer, från höghöjdsöknar till djuphavsgravar, från permafrost till vulkaniska källor. Bara några få miljöfaktorer är gemensamma för allt jordiskt liv. Dit hör att det har utvecklats för att fungera ihop med jordens gravitation och att det varit väl skyddat mot kosmisk strålning.
Vad händer när vi, efter fyra miljarder års evolution, ändrar dessa förutsättningar och utsätter vår biologi för sådant som tyngdlöshet och galaktiska partikelskurar? Parallellt med rymdfarten har disciplinen rymdmedicin utvecklats för att besvara sådana frågor.
Gränserna åter på väg att flyttas
1950-talets uppskjutningar med försöksdjur visade att människan nog inte skulle fara akut illa av tyngdlöshet – något som de första bemannade resorna på 1960-talet sedan bekräftade. Apolloprogrammet i slutet av 1960-talet och början av 1970-talet tillförde kunskap om hur en längre resa påverkar människan, och hur hon fungerar på månen. Sedan dess har människan inte rest längre än till rymdstationer några tiotals mil över jordytan – men stannat desto längre. Kunskapen har vuxit om hur många månaders tyngdlöshet påverkar oss.
Nu är gränserna åter på väg att flyttas. NASA planerar att flyga förbi månen under 2025, sätta astronauter på den något år senare och på sikt upprätta en månbas. Därefter hägrar nästa mål, Mars, eventuellt under 2030-talet. Det är en resa som tur och retur kommer att ta mer än 500 dagar. Ambitionerna ställer nya krav på rymdmedicinsk forskning, som fått ett uppsving.
En av Karolinska Institutets forskare inom rymdmedicin är Lisa Westerberg vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi, som forskar om varför immunförsvaret försämras av rymdvistelse, och hur det skulle kunna behandlas.
– Immunbrist hör nog inte till de hälsoeffekter av rymdvistelse som man kunde gissa sig till i förväg. Det är först på senare år som det fått större uppmärksamhet. Ungefär hälften av alla astronauter verkar bli mer mottagliga för infektioner, både under vistelsen på Internationella rymdstationen, ISS, och efteråt, säger hon.
Det har också hänt att latenta virus, sådana som många människor går omkring med och som normalt hålls i schack av immunförsvaret, återaktiverats hos astronauter och orsakat sjukdom. Det är ett vanligt tecken på immunbrist.
Men hur kan man förklara att rymden påverkar immunförsvaret negativt?
– Det vet ingen än, men vi har en hypotes. Vi tror att det handlar om att immuncellerna får svårare att cirkulera i kroppen vid tyngdlöshet. De ska röra sig in och ut ur vävnader för att göra sitt jobb effektivt, och gravitationen tycks ha en roll i det.
Men det är svårt att säkert utesluta andra förklaringar, tillägger hon. Att vara astronaut på ISS är en extrem tillvaro på en extrem plats – allt från psykiska påfrestningar till strålning, kost eller stationens bakterieflora skulle kunna påverka immunförsvaret. För att eliminera sådana felkällor görs experiment på försökspersoner i simulerad tyngdlöshet på jorden. Personerna ligger till sängs i veckor under mycket strikta förhållanden. Lisa Westerbergs forskargrupp har analyserat hur immunsystemets T-celler påverkas vid sådan sängvila och nyligen publicerat resultat.
– Försöket pågick i 21 dagar och vi kunde tydligt se att T-cellernas genuttryck förändrades – alltså vilka gener som är aktiva. Men förändringen var störst i mitten av perioden. Mot slutet minskade den igen. En möjlig tolkning är att T-celler har förmåga att anpassa sig till viktlöshet.
Varför tittar ni på just T-celler?
– Vi måste börja någonstans. Man kan nog vänta sig att alla celltyper i immunförsvaret påverkas av tyngdlöshet, så här finns mycket kvar att ta reda på!
När forskningen har rett ut exakt på vilket sätt immunförsvaret försämras i rymden tror Lisa Westerberg att steget till bra behandling kan vara kort.
– Chanserna är goda att de läkemedel som behövs redan existerar. Idag finns en enorm flora av immunologiska läkemedel.
Vad som händer med immunsystemet på en långresa till Mars vet ingen. Lisa Westerberg skulle vilja att det fanns utrustning ombord för kontinuerliga kontroller.
– Vi har fantastiska instrument på jorden som i en droppe blod kan se hur ditt immunförsvar mår. Men de är för stora och komplicerade för att tas med till rymden. Vi behöver samma funktioner i ett litet och enkelt instrument, och jag hoppas att vi kan få European Space Agency, ESA, att satsa på att utveckla ett sådant. Det skulle dessutom kunna göra väldigt mycket nytta i sjukvård på jorden. I stora delar av världen har man inte råd med de skrymmande, dyra instrument som används idag.
Muskler och skelett försvagas
En av de mest kända effekterna av rymdresor är att muskler och skelett försvagas när kroppen mister den vardagsträning som gravitationen bidrar med. För att motverka detta tränar astronauter på ISS varje dag. Det hjälper i regel bra, men mer forskning behövs ändå på området, förklarar Rodrigo Fernandez Gonzalo, forskare vid Karolinska Institutets institution för laboratoriemedicin, som studerar muskelförsvagning.
– Jag forskar om mekanismerna i detta: vad är det som händer i våra gener när muskelmassan minskar? Det är viktig kunskap, både inför de längre rymdresor som man nu planerar och för behandling av sjukdom på jorden. Att patienter tappar muskelmassa vid olika typer av sjukdom är vanligt och får stora negativa konsekvenser. Det vore väldigt bra om vården fick bättre verktyg för att motverka det.
De senaste decennierna har det blivit tydligt att skelettmuskler är mycket mer än organ för rörelse.
– Musklerna har visat sig vara viktiga för bland annat ämnesomsättning och temperaturreglering. De producerar tusentals ämnen som sprids i kroppen och påverkar hur andra organ fungerar, förklarar Rodrigo Fernandez Gonzalo.
Att behålla muskelmassa handlar därför inte bara om att behålla styrka utan också om att ge kroppen optimala förutsättningar att hantera sådant som strålningsstress, inflammationer, infektioner och psykiska påfrestningar.
Rodrigo Fernandez Gonzalo sitter i expertpaneler hos ESA och minns en diskussion om hur astronauternas träningstid i rymden skulle kunna minskas om man gjorde övningarna effektivare.
– Samtalet kom av sig när en psykolog påpekade att astronauterna säger att det är under träningen som de kopplar av från stress och anspänning. Det är viktigt att alltid se till helheten. Även om vi kunde krympa träningstiden till en kvart med bibehållen kvalitet så vore det nog ingen bra idé.
Den största osäkerhetsfaktorn när människan rör sig längre ut i rymden är den kosmiska strålningen, konstaterar Rodrigo Fernandez Gonzalo. Jordens magnetfält skyddar oss mot strålning både på jorden och i låg omloppsbana, men inte när rymdresorna går till månen och Mars. Då blir astronauterna exponerade för både solvind och galaktisk strålning som är mycket svår att avskärma sig från.
– Detta är det stora okända inom rymdmedicin nu. Vi vet så lite om hur människan påverkas av rymdstrålning. Ökad exponering leder förmodligen till ökad cancerrisk, men kanske också till andra typer av skador. Det finns farhågor om att lång exponering kan leda till allt från ökad risk för starr till kognitiva effekter i hjärnan. Det är en svår fråga vilka risker som ska anses acceptabla, särskilt på kortare sikt. På lång sikt kan man nog tänka sig avancerade lösningar, som nya läkemedel som gör oss mer motståndskraftiga mot strålning.
Vattnets omfördelning i kroppen
När gravitationen inte längre drar kroppens vätskor ner mot fötterna uppstår obalans och mer vätska än normalt hamnar i bål och huvud. I rymdkapplöpningens barndom fanns en oro för hur överkroppen skulle klara detta överskott. Skulle vätskan läcka ut i bröstkorg och andningsapparat? Skulle vi drunkna inifrån?
Idag vet vi att astronauterna de första dagarna i rymden får tunna ben och svullet ansikte av vattnets omfördelning i kroppen, men att lungorna fortsätter att fungera alldeles utmärkt i tyngdlöshet. Kroppen hanterar omfördelningen genom att göra sig av med omkring tre liter vätska under första veckan, berättar Lars Karlsson, Karolinska Institutets institution för fysiologi och farmakologi, som forskar om lungfunktion i rymden.
Men indirekt innebär tyngdlösheten ändå extra utmaningar för lungorna, förklarar han.
– Damm och partiklar i tyngdlöshet faller inte ner på golvet, utan stannar kvar i luften och följer med in i lungorna. På sikt kan det leda till inflammation och nedsatt lungfunktion. Det vore väldigt olyckligt om astronauter fick lunginflammation på vägen till Mars.
Damm är dessutom ett stort problem vid besök på månen och Mars, konstaterar Lars Karlsson.
– Både månen och Mars är täckta av damm som är skadligt för oss, och det är svårt att inte få med sig damm på rymddräkter som hamnar i inomhusluften. Måndammet är värst – partiklarna är vassa, kemiskt reaktiva, elektrostatiska och fastnar på allt. Apolloprogrammets astronauter drog in måndamm i landaren och fick diverse problem med det.
Lars Karlsson forskar om hur mätning av kvävemonoxid, NO, kan användas för att diagnostisera luftvägsinflammation hos astronauter. Det vore ett bra sätt att med ett enkelt instrument upptäcka sjukdom hos astronauterna tidigt, så att behandling kan sättas in.
– Vi andas alltid ut lite NO, och nivåerna stiger vid pågående inflammation. Detta används redan i sjukvård på jorden, bland annat vid astmadiagnostik.
För att veta vad som är normala NO-nivåer i rymden har Lars Karlssons forskargrupp gjort experiment på astronauter på ISS.
– En viktig faktor är lufttrycket. På en mån- eller Marsbas kommer man att vilja ha lägre tryck än på jorden. Det kommer att påverka halten av NO i utandningsluften. Därför har vi gjort lågtryckstester på astronauter i en luftsluss på ISS som används i samband med rymdpromenader.
En annan del av Lars Karlssons forskning gäller blodets sammansättning och blodtryck. Efter en tid i tyngdlöshet försämras kroppens blodtrycksreglering när man utsätts för gravitation på nytt. Man blir yr och kan lätt svimma.
– Effekten försvinner efter några dagar, men är ändå ett problem. När en besättning kommer fram till månen eller Mars behöver den kunna jobba direkt. Det är också en säkerhetsfråga vid landningar på jorden.
Konstgjord gravitation i en centrifug
Att dagligen utsättas för konstgjord gravitation i en centrifug skulle kunna vara ett sätt att förebygga problemet – något som Lars Karlsson nu forskar om.
– Fokus för mig är blodtrycksregleringen, men centrifugering skulle kunna vara nyttig för kroppen på flera sätt, till exempel genom att minska överskottet av vätska i huvudet. Astronauter på ISS får så mycket förhöjt vätsketryck i hjärnan att många drabbas av synförändringar. Det finns dock tekniska utmaningar med centrifug i rymden, därför har man hittills avstått.
På expeditioner till Antarktis har det hänt att läkare tvingats operera ut sin egen blindtarm eller behandla sin egen bröstcancer. Rymdfarten tycks i jämförelse ha varit förskonad från medicinska tillbud. Farlig är den förstås ändå, eftersom ett flertal astronauter omkommit i olyckor, men så mycket kvalificerad sjukvård verkar inte ha behövts hittills. Undantaget är en blodpropp som upptäcktes och behandlades på ISS. En orsak till att astronauterna har varit så friska kan vara att risk för sjukdom noga bedöms när de väljs ut.
Skulle någon ändå bli svårt sjuk ligger ISS mycket närmare civilisationen än Antarktis på vintern, påpekar Lars Karlsson. En sjuk astronaut kan bokas om till en tidigare hemresa eller, om det är mycket bråttom, evakueras på några timmar. På en flera veckors månresa finns inte samma möjlighet – för att inte tala om en mer än årslång Marsresa.
Lars Karlsson skulle gärna resa ut i rymden, trots riskerna. Faktum är att han två gånger ansökt när ESA sökt astronauter, och båda gångerna gått vidare till den första testomgången i Hamburg.
– Där tog det stopp för mig. Men jag är glad att Sverige fick en ny astronaut i Marcus Wandt. Han verkar vara en superkille.
Kanske låter Lars Karlsson bli att skicka in en anmälan nästa gång ESA annonserar efter astronauter.
– Vi har barn nu. De hade faktiskt kommit redan när jag sökte andra gången, och det blev lite spänt hemma. Min sambo var lättad när jag inte gick vidare.
Lisa Westerberg delar inte alls hans längtan ut i rymden.
– Jag är mycket intresserad av rymden, men tror att jag gör störst nytta genom att stanna på jorden och forska om rymden, säger hon. Jag har provat vattensängarna som vi använt för att simulera tyngdlöshet, det känns lagom för mig.
Rodrigo Fernandez Gonzalo drar sin gräns vid månen.
– Till Mars… nej, det skulle jag inte vilja. Vi har inte kontroll när vi reser så långt. Men att komma upp till ISS vore verkligen en dröm! Rymden är något som fascinerar nästan alla. Säg rymd eller astronaut och du har direkt ett barns uppmärksamhet. Det är en förmån att få ägna sin forskning åt ett sådant ämne.
Tre rymdiga experiment på jorden
Sängvila/torr nedsänkning
Tyngdlöshet simuleras genom att försökspersoner ligger till sängs dygnet runt, antingen i lutning med huvudet nedåt eller i en särskild vattensäng som omsluter allt utom huvudet. Pågår i upp till 60 dagar och protokollet är strikt – hygien och toalett sköts liggande. Forskare ansöker om experimenttid vid ESA:s två anläggningar för sängvila i Slovenien och Frankrike.
Centrifug
Med en snabb centrifug kan försökspersoner utsättas för de höga g-krafter som råder vid en raketuppskjutning. Men centrifugen kan också rotera långsamt för att motsvara normal eller svag gravitation.
Isolering
Gruppdynamik och psykisk hälsa hos en isolerad besättning har studerats i kortare och längre isoleringsexperiment. Ett av de mest spektakulära exemplen är anläggningen Biosphere 2 i Arizona, USA, där åtta personer stängdes in i två år under 1990-talet.