Ob štiridesetletnici prvega človeškega koraka na Luni je posadka legendarnega Apolla 11 pozvala politike, naj se raje kot vrnitvi na Luno posvetijo poletu na Mars. Kratkoročno za to ni veliko možnosti. NASA in ESA v novem tisočletju resda načrtujeta vrnitev na Luno, to naj bi se zgodilo že do konca desetletja, ko naj bi na njej naredili za človeštvo večji korak in postavili stalno bazo za nadaljnje vesoljske raziskave. Šele potem naj bi se lotili priprav na triletni polet proti Marsu in prvi človekov korak po njem. Seveda bo poprej treba izdelati veliko boljšo raketo od vseh dosedanjih in poskrbeti za vrsto drugih tehnoloških (strojnih in programskih) rešitev. Veliko pozornosti bo zagotovo namenjeno tudi okolju, v katerem bodo bivali osvajalci bližnjih planetov, in njihovim zdravstvenim tveganjem. Kako bo na človeka vplivalo daljše bivanje v breztežnosti? Kaj se bo dogajalo s fiziološkimi sistemi astronavtov med dolgimi poleti na Mars? Kakšne protiukrepe je treba razviti, da bi zmanjšali negativne učinke? Odprtih vprašanj je za malo vesolje.
Raziskave v Planici
Za zdaj je znano, da bi človeška kolonija na Luni zaradi škodljivosti sevanja morala živeti v bivalnih enotah nekaj metrov pod površino, težave z dekompresijo pri delu v Luninih pogojih pa bi reševali s podtlakom v podzemnih bivalnih enotah in z dodajanjem kisika. To bi praktično pomenilo, da bi človek na Luni živel tako kot na zemeljskih 4000 metrih nadmorske višine, vendar pri šestini Zemljine težnosti. Telesno gledano bo človek na Luni bival kot alpinist, ki bi na 4000 metrih višine stalno počival.
Raziskovanja, kako bi se fiziološko odzival prebivalec Lune v stanju hipoksije (ko celice in tkiva v krvi ne dobijo zadostne količine kisika) in zmanjšane težnosti, se je v zadnjih letih intenzivno lotil prof. dr. Igor B. Mekjavič, raziskovalec z Instituta Jožef Stefan in eden izmed najprodornejših svetovnih strokovnjakov za okoljsko fiziologijo. "Poskusi, izvajani brez hipoksije, proučujejo življenje v vesolju, v katerem so vsi pogoji, razen težnosti, normalni, prebivalce na Luni in na Marsu pa čaka v tamkajšnjih bivalnih enotah (habitatih) podtlak in s tem hipoksija. Tu je naša raziskovalna niša," pojasnjuje profesor Mekjavič, ki je pred štirimi leti v Olimpijskem športnem centru v Planici uredil deset višinskih sob. Poleg stalnih višinskih priprav športnikov v planiškem kompleksu tudi intenzivno raziskujejo, doslej so izvedli že raziskave hipoksičnega treninga in vpliva hipoksije na prekomerno telesno težo ter na slabitev mišic.
Od letošnjega marca v višinskih sobah planiškega centra poteka kompleksna biomedicinska raziskava, v kateri sodeluje skoraj dvajset inštitutov iz Slovenije, Italije, Švedske, Anglije in Nemčije, v njej pa ugotavljajo, kaj bi se dogajalo s človekovim telesom oziroma njegovimi fiziološkimi sistemi med daljšim bivanjem na Luni in Marsu. Raziskavo financirata slovenska Agencija za raziskovalno dejavnost in ESA, v prihodnjem letu pa se bo nadaljevala v širšem obsegu oziroma v okviru 7. okvirnega programa EU. Slovenija bo imela vlogo koordinatorja evropskega raziskovalnega projekta.
Drugi vodja planiške eksperimentalne raziskave, prof. dr. Ola Eiken s švedskega Kraljevega instituta poudarja, da morajo v Planici najprej določiti smeri raziskovanja. "Učinki daljšega bivanja v hipoksiji in breztežnosti so zelo izraziti in povzročajo adaptacijske spremembe v različnih fizioloških sistemih. Skupni oziroma medsebojni učinki hipoksije in breztežnosti na fiziološke sisteme še niso znani: rezultati raziskave nam bodo pokazali, na katere fiziološke sisteme oziroma mehanizme se moramo osredotočiti v prihodnje," pravi profesor Eiken.
Prostovoljci ležijo, znanstveniki raziskujejo
Trenutno se v planiškem višinskem kompleksu eksperimentalni poskusi dogajajo s polno paro. Ducat prostovoljcev, moških med dvajsetim in tridesetim letom starosti, po deset dni neprekinjeno leži na simulirani nadmorski višini 4000 metrov, medtem pa znanstveniki z njimi izvajajo bazične, raziskovalne in vadbene poskuse. Eden od preiskovancev, Gregor Lešnjak, trenutno leži v višinski sobi in pravi, da so raziskovalci pri projektu zelo prijazni ter prostovoljcu z veseljem vse razložijo. Se je pa, kot pravi, težko privaditi na neprestano ležanje, predvsem pa na neprijetno opravljanje fizioloških potreb v ležečem položaju. "Seveda se tudi kar pozna manj kisika v zraku, bolj si utrujen, lahko bi rekel, da postaneš bolj len. Možni so tudi manjši glavoboli, zmanjšanje apetita in še kaj."
Med izvedbo eksperimentalnih projektov raziskovalci preučujejo srčno-žilne, mišično-skeletne in termoregulacijske sisteme; raziskujejo tudi dekompresijsko bolezen in vpliv daljšega bivanja v lunarnem habitatu na prehrano in presnovo ter na motnje spanja.
V bazičnem delu planiških poskusov pridobivajo podatke, ki naj bi se ujemali z doslej pridobljenimi raziskovalnimi podatki drugih zemeljskih in vesoljskih poskusov. Iz teh je na primer razvidno, koliko mišične in kostne mase se izgubi med ležanjem, koliko se zmanjša aerobna zmogljivost… Nekateri poskusi so zelo preprosti: pri merjenju ortostatične tolerance ugotavljajo, koliko časa lahko oseba stoji na mestu. Preiskovanec med desetdnevnim ležanjem uporablja roke kot običajno, zato v njihovi mišični moči ne bo opaznih sprememb, upravičeno pa jih pričakujejo pri razbremenjenih (kolenskih in gleženjskih) mišicah, s katerimi izvajajo teste moči. S telovadbo na cikloergometru merijo, kako se zaradi ležanja v hipoksiji zmanjšata moč in aerobna zmogljivost.
V raziskovalnem delu poskusov pregledujejo, kako se pri hipoksičnem ležanju srce odziva na padec tlaka in posledično povečan srčni utrip. Z ultrazvokom pregledujejo pretok krvi po okončinah. Z infrardečo kamero so že zaznali, da se prsti na nogah opazno bolj ohladijo. "Vidimo zmanjšanje pretoka in posledično zmanjšano nasičenost krvi s kisikom," pravi mladi raziskovalec iz Dublina Adam McDonnell, ki v planiškem središču vodi izvajanje poskusov. Pretok krvi se nanaša tudi na raziskavo o spanju: moteni spanec je sicer znan kot eden od simptomov višinske bolezni, v Planici pa preverjajo, ali sta čas, potreben, da človek zaspi, in globina spanca odvisna od prekrvitve v nogah in rokah.
Pri vadbenih poskusih pregledujejo prekrvitev med vadbo v normalnih, naravno prisotnih okoljskih pogojih (normoksiji) in v hipoksiji. Vadbene poskuse sta kot poligon za "interni obračun" vzela brata Anže in Urban Cevka, ki sta do vloge preiskovancev prišla preko študentskega servisa. Anže najtežje prenaša študijo motenj spanja: "Poskus smo opravili šestkrat, na glavo so nam poveznili kape z elektronskimi merilniki, tudi po drugih delih telesa jih je bilo polno, seveda povezanih s kabli, to pa zna biti zelo moteče, ko se med spanjem obračaš in premetavaš."
Najzanimivejši del raziskave je Anže, sicer navdušen igralec ragbija, doživel po desetih dneh ležanja, ko je vstal iz postelje. "Zbudil sem se ves vznemirjen, komaj sem čakal, da vstanem, in ko sem se postavil na noge, mi je za trenutek ali dva zmanjkalo ravnotežja. Glava je bila v redu, noge pa so plesale bolj po svoje. Po nekaj minutah so se zadeve spet postavile v običajen red." Anže zagotavlja, da je pripravljen sodelovati tudi pri prihodnjih planiških raziskavah, če ne zaradi drugega, že zaradi znanosti, ki "pomaga pri napredku človeštva".
Zakaj alpinisti hujšajo
Pri alpinističnih odpravah pogosto ugotavljajo, da plezalci kljub velikim naporom in dejavnosti na višini izgubljajo telesno težo. Znanstveniki so za zdaj ugotovili dejavnike tega procesa, ne poznajo pa še njihovih prioritet, na primer apetita, presnove, presnove hrane skozi črevesje, občutljivosti za inzulin… V Planici poskušajo o tem izvedeti kaj več.
Mojca Amon z Instituta Jožef Stefan pripravlja doktorsko nalogo o vplivu hipoksičnega okolja oziroma visoke nadmorske višine na metabolizem človeka. Lani je v Planici vodila dve obsežni raziskavi: v prvi so preučevali metabolni odziv rekreativnih, aerobno treniranih športnikov, v drugi pa so se osredotočili na presnovni odgovor preiskovancev s prekomerno telesno težo. Telesno zgradbo so pri preiskovancih odčitali s posebnim rentgenom, ki poda sliko o porazdelitvi puste telesne mase, deleža maščobne mase in kostne mase. Med desetdnevnim bivanjem v normoksiji in v hipoksiji so beležili energijski vnos z natančnim vpisom zaužite hrane in pijače. Energijska poraba je bila omejena na minimalno dovoljeno gibanje, ki je podobno domačemu stanovanjskemu okolju. Po končanem bivanju v normalnem okolju so posamezniki težo pridobili, po bivanju v simulirani hipoksiji pa so jo, obratno, izgubili. "Naša opažanja se nagibajo v smer izgube telesne teže na visoki nadmorski višini, kar domnevno narašča pri daljšem času izpostavljenosti in višji nadmorski višini." Pri analizi rezultatov drugih metabolnih in krvnih testov so prišli do zanimivega podatka - navkljub mirovanju se je v hipoksiji presnovna poraba povečala.
Dr. Irena Vovk, vodja Laboratorija za prehrambeno kemijo na Kemijskem inštitutu, v planiškem raziskovalnem projektu meri vpliv hipoksije na prepustnost črevesne stene. "Gre za pomemben parameter, saj je povečana prepustnost razlog za povečano prehajanje bakterij preko črevesne stene v obtok," pravi dr. Vovkova.
Prav te dni se v Planici mudita tudi prof. dr. Gianni Biolo z Univerze v Trstu (raziskuje povezave med prehrano in vadbo oziroma fizično neaktivnostjo in njihov vpliv na maso skeletnih mišic) in eden od vodilnih svetovnih znanstvenikov za biologijo prekomerne telesne teže, prof. dr. Ian MacDonald z univerze za biomedicino v Nottinghamu. Profesor Biolo pojasnjuje, da nedejavnost pri človeku vodi k tako imenovanemu metabolnemu sindromu, skupku nepravilnosti, zaradi katerih se poveča kardiovaskularno tveganje (odpornost na inzulin, z možnostjo povečanja sladkorja v krvi, nenormalen porast plazemskih lipidov, povišan krvni tlak in tendenca k povečanju trebušne maščobne mase). Sekundarni spremembi sta mišična atrofija in osteoporoza. "Prehranski dodatki sicer lahko pozitivno vplivajo na preprečevanje atrofije in osteoporoze, vendar pa je najpomembnejši protiukrep fizična vadba," pravi Biolo. Tudi profesor MacDonald meni, da lahko prehrana (še posebej proteini in energija) v kombinaciji s povečano kontrakcijo mišic prepreči oziroma zaustavi atrofijo mišic, pri osteoporozi pa lahko prehrana ta proces le upočasni.
Glede skupnih učinkov hipoksije in breztežnosti na metabolizem Biolo pravi: "Naša hipoteza je, da negativna interakcija hipoksije in neaktivnosti pospešuje razgradnjo presnovnih produktov do enostavnejših molekul v mišicah in kosteh." MacDonald na vprašanje, ali hipoksija vpliva na izgubo telesne teže pri alpinistih na visoki nadmorski višini, odgovarja: "Možno je, da hipoksija ogrozi presnovno funkcijo, če zmanjša pretok krvi v prebavnem traku in jo preusmeri v možgane in v ledvica oziroma pri aktivnosti tudi v skeletne mišice."
Bi torej vadba v hipoksiji lahko pripomogla k izgubi telesne teže pri človeku s prekomerno težo? "Vsakršna vadba v kombinaciji z omejitvijo vnosa energije spodbuja izgubo teže," pravi MacDonald, "nisem pa prepričan, ali bo hipoksična vadba imela večji učinek kot vadba na ničelni nadmorski višini. Potrebne so nadaljnje raziskave." Če bi ugotovili, da je odgovor na to vprašanje pozitiven, bi lahko sklepali, da bo hipoksična vadba koristna tudi pri izgubi teže ljudi s prekomerno telesno težo. To pa lahko bi bilo dragoceno: dr. Stefano Lazzer z oddelka za fiziologijo človeka univerze v Vidmu, ki tudi sodeluje pri planiški raziskavi, opozarja na dramatičen porast prekomerne telesne teže pri ljudeh, še posebej v ZDA in Evropi. Z raziskovalnimi poskusi je na primer ugotovil, da mora odrasel človek hoditi pol ure s hitrostjo 4,5 kilometra na uro, da "pokuri" zalogo, ki energijsko in maščobno ustreza enemu rogljičku.
Prihodnje leto bodo v evropskem raziskovalnem projektu preiskovanci ležali v Planici še dvakrat dlje (trikrat po 20 dni), raziskovalci pa se bodo ukvarjali tudi s preprečevanjem sprememb, ki nastanejo zaradi kombinacije hipoksije in neaktivnosti. Eno od možnih sredstev preprečevanja bi lahko bila prehrana oziroma prehranski dodatki. Za delo enega od partnerjev pri planiškem projektu se zanima tudi multinacionalka Mars, ki načrtuje razvoj prehranskih dodatkov, s katerimi bi zavirali proces mišične atrofije in osteoporoze, v isti smeri pa raziskuje tudi slovensko podjetje Emona razvojni center za prehrano.
Nazaj na Zemljo
Profesor Biolo pravi, da je kombinacija hipoksije in neaktivnosti eksperimentalni model za kronično obstruktivno pljučno bolezen (KOPB). To pa pomeni, da pridobivanje znanja v planiških poskusih ni pomembno zgolj z vidika vesoljske znanosti, saj bodo rezultati študij o vplivu lunarnega habitata na astronavte koristni tudi za tiste, ki bodo še naprej bivali na Zemlji. "Prav nič ne dvomim, da bodo raziskave skupnih učinkov zmanjšane težnosti in hipoksije prispevale podatke, ki jih bo možno uporabiti tudi za druge okoliščine na Zemlji. Nekateri problemi staranja so prav tako povezani z neaktivnostjo in s slabo oskrbo telesnih celic ter organov s kisikom," pravi MacDonald. Biolo napoveduje, da bodo rezultati iz Planice prispevali k prihodnjemu zdravljenju pljučnih bolnikov, morda pa tudi bolnikov s prekomerno telesno težo.
Eksperimentalne raziskave v Planici so pomembne tudi z vidika poskusa vzpostavitve biomedicinske raziskovalne infrastrukture. V Sloveniji je namreč zaradi spleta sistemskih okoliščin raziskovalno medicinsko delo zelo oteženo - zdravniki se lahko raziskavam formalno posvečajo le zunaj rednega delovnega časa, bolnišnice razen redkih izjem ne premorejo raziskovalnih inštitutov, razpoložljiva medicinska oprema je maksimalno zasedena, pacienti, pri katerih bi lahko opravljali inovativne terapevtske metode, pa bi pomenili preveč obremenjujoč strošek. "Slovenske klinike, inštituti in industrijska podjetja smo se povezali na lastno pobudo in sodelujemo brez kakršnihkoli pogodb, pri raziskavah pa že vidimo, kako bi lahko rezultate praktično uveljavljali v kliniki. Če bi prišlo do uradne pobude pristojnih, bi obstoječe zmogljivosti v Planici lahko nemudoma organizirali v evropsko raziskovalno središče. Verjetno bi sicer morali kaj dodati, vendar zdrav zametek že obstaja, in tudi drugi, ki se še vključujejo v raziskave, v tem vidijo smisel," pravi profesor Mekjavič. Prof. Carlo Rizzuto, vodja enega od evropskih središč raziskovalne infrastrukture, ciklotrona v Bazovici, pravi, da bi center v Planici, glede na to, da je pridobil podporo vesoljskih programov, obravnavali kot relevanten evropski center. Po Rizzutovem mnenju je pri takšnem centru najpomembnejša njegova zmožnost, da znanstvenikom omogoči izvajanje raziskav na svetovni kakovostni ravni. Lega Planice na tromeji je še en magnet, saj bi lahko postala privlačno središče za mlade znanstvenike iz Avstrije in Italije. Na primer kot aklimatizacijski center za astronavte pred dolgimi poleti v vesolje: Poletite iz Planice!
