وضعیت آنابیوز در فضانوردان برای پروازهای بین‌سیاره‌ای طولانی: علمی-تخیلی یا پزشکی آینده؟

ایده قرار دادن فضانوردان در وضعیت آنابیوز مصنوعی (یا استازیس) برای پروازهای چند ماهه یا چند ساله بین‌سیاره‌ای مدتهاست از صفحات علمی-تخیلی به برنامه‌های تحقیقاتی جدی ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و شرکت‌های خصوصی (مثلاً SpaceX) منتقل شده است. این ایده دیگر به عنوان یک حرکت داستانی در نظر گرفته نمی‌شود، بلکه به عنوان یک فناوری بالقوه‌ای برای مأموریت‌های اکتشافی با سرنشین به مریخ و دیگر سیارات، که می‌تواند موانع فیزیولوژیکی، روانی و لجستیکی را برطرف کند، در نظر گرفته می‌شود.

1. چالش‌های فنی و پزشکی پروازهای طولانی.

پرواز به مریخ در سناریوی معمول با سرنشین فعال 6-9 ماه طول می‌کشد. این موضوع مشکلات پیچیده‌ای ایجاد می‌کند:

مصرف منابع: اعضای خدمه اکسیژن، آب، غذا مصرف می‌کنند و پسماندها تولید می‌کنند. برای مأموریت‌های طولانی‌مدت این موضوع نیاز به مقدار زیادی باربری دارد که این موضوع را از لحاظ اقتصادی و فنی غیرقابل تحمل می‌کند.

فرسایش بدن در حالت بی‌وزنی: با وجود سیستم‌های فیزیکی، فضانوردان دچار کاهش حجم عضلات، دیمینرال‌سازی استخوان‌ها (تا 1-2٪ در ماه)، تغییرات قلبی-عروقی و اختلالات بینایی می‌شوند.

استرس روانی: حضور طولانی‌مدت در فضای بسته، یکنواختی، فاصله از زمین، انزوا اجتماعی و احتمال درگیری‌های بین فردی خطرات جدی برای سلامت روانی را به همراه دارد.

اشعه‌بندی رادیوактивی: در فضا، خارج از محافظت از میدان مغناطیسی زمین، خدمه تحت تأثیر تابش‌های کیهانی و رویدادهای پروتون خورشیدی قرار می‌گیرند که خطرات سرطانی و آسیب به سیستم عصبی مرکزی را افزایش می‌دهد.

وضعیت استازیس کنترل شده به طور نظری می‌تواند همه این مشکلات را کاهش دهد.

2. مدل‌های طبیعی: خواب زمستانی و تورپور.

دانشمندان آنابیوز را از صفر اختراع نمی‌کنند، بلکه سعی می‌کنند مکانیزم‌های موجود در طبیعت را بازسازی و بهبود بخشند:

خواب زمستانی واقعی در سنجاب‌ها، سنجاب‌های صحرایی و خفاش‌ها: کاهش شدید متابولیسم تا 85-99٪، کاهش دمای بدن به سطح‌هایی نزدیک به صفر، کاهش ضربان قلب و تنفس. نقص اصلی — چرخه‌های بیداری خودبه‌خود، که برای بدن انرژی مصرفی دارند.

خواب زمستانی خرس: وضعیت کمتر عمیقی که تا 6 ماه طول می‌کشد، با کاهش دمای بدن و متابولیسم متوسط، بدون غذا و نوشیدنی و تولید پسماندها، با حفظ حجم عضلات و استخوان‌ها به دلیل تغییرات بیوشیمیایی منحصر به فرد (تدوام اوره) است.

تورپور (مجمد شدن) در کولیبری و پستانداران کوچک: کاهش موقت دمای و متابولیسم روزانه برای صرفه‌جویی در انرژی.

وضعیت ایده‌آل برای انسان وضعیت خرس است، به عنوان یک وضعیت قابل مدیریت و امن برای پستانداران بزرگ.

3. فناوری‌های استازیس تحریک شده: رویکردهای اصلی.

تحقیقات مدرن بر چندین خط تمرکز دارد:

گیبرناسی فARMACOLOGICAL: جستجو و تولید مواد شیمیایی که می‌توانند متابولیسم انسان را به حالت صرفه‌جویی در انرژی تبدیل کنند. مطالعه بر سولفید هیدروژن (H2S) و آدنوزین که می‌توانند در حیوانات وضعیت تورپور تحریک کنند، پتانسیل‌دار است. در سال 2005، دانشمندان آمریکایی موفق به قرار دادن موش‌ها در حالت آنابیوز متابولیک قابل برگشت با استفاده از تنفس هوا با افزودنی کمی سولفید هیدروژن شدند که نیاز به اکسیژن را تا 90٪ کاهش داد.

هیپوترمی درمانی (کاهش هدفمند دمای بدن): این یک روش درمانی موجود است که پس از توقف قلب یا تروما مغزی-مغزی استفاده می‌شود تا مغز را محافظت کند. دمای بدن بیمار به 32-34°C کاهش می‌یابد و برای چند روز باقی می‌ماند. برای استازیس فضایی نیاز به کاهش دمای طولانی‌مدت و عمیق‌تر (تا 32°C و در آینده حتی پایین‌تر) با استفاده از سیستم‌های پیچیده تبادل حرارتی و نظارت لازم است.

تحریک مراکز استازیس در مغز: در سال 2020، دانشمندان ژاپنی از دانشگاه تسوکوبا، با تحریک برخی از نورون‌ها (نورون‌های Q) در هیپوتالاموس موش‌ها، آنها را در وضعیتی مشابه استازیس به مدت چند روز با کاهش قابل برگشت دمای بدن و متابولیسم قرار دادند. این کشف برجسته به امکان مدیریت مستقیم این وضعیت اشاره دارد.

نکته جالب: در سال 2014، شرکت SpaceWorks Enterprises یک گرانت از ناسا برای توسعه مفهوم "تورپور برای پرواز به مریخ" (Torpor Inducing Transfer Habitat) دریافت کرد. پروژه آنها پیشنهاد می‌دهد که خدمه را در وضعیت هیپوترمی (32-34°C) به مدت 14 روزه با دوره‌های کوتاه بیداری برای مصرف غذا و بررسی سیستم‌ها قرار دهند. بر اساس محاسبات، این موضوع می‌تواند جرم را تا 30-50٪ کاهش دهد به دلیل کاهش حجم سیستم‌های تأمین نیازهای حیاتی.

4. مزایا و مشکلات حل نشده.

مزایای استازیس:

کاهش نیازهای خدمه: کاهش شدید مصرف منابع، کاهش پسماندها.

محافظت از بی‌وزنی: در حالت هیپوترمی و کاهش متابولیسم، فرآیندهای کاهش حجم عضلات و استخوان‌ها باید به طور قابل توجهی کاهش یابند.

کاهش خطر اشعه‌بندی: سلول‌های غیرفعال از آسیب ناشی از اشعه کمتر مستعد هستند.

حل مشکلات روانی: زمان برای خدمه به طور موضوعی می‌گذرد، استرس انزوا کاهش می‌یابد.

مشکلات حل نشده حیاتی:

کاهش حجم عضلات و استخوان‌ها: حتی در حالت استازیس، این فرآیندها، اگرچه کاهش یافته‌اند، همچنان ادامه می‌یابند. نیاز به فناوری‌های تحریک الکتریکی عضلات در حالت بیهوشی وجود دارد.

تأمین غذایی و آب: چگونه مواد غذایی و تعادل آب و الکترولیت‌ها را تأمین کنیم؟ گزینه‌هایی مانند تغذیه کامل پارنتال (وریدی) یا بیداری‌های دوره‌ای در نظر گرفته می‌شوند.

خطرات خونریزی و عفونت: در شرایط هیپوترمی و بی‌تحرکی، خطر تشکیل لخته‌های خونی و کاهش سیستم ایمنی افزایش می‌یابد.

تأثیرات بلندمدت بر مغز: آیا ممکن است اختلالات شناختی غیرقابل برگشت پس از ماه‌ها در حالت متابولیسم کم باشد؟ تأثیر محافظتی هیپوترمی بر مغز شناخته شده است، اما در این مقیاس‌ها بررسی نشده است.

اعتماد به نفس سیستم‌ها: در صورت اختلال در سیستم تأمین نیازهای حیاتی استازیس-کپسول، این موضوع مرگبار خواهد بود. نیاز به سیستم‌های کاملاً قابل اعتماد و دوگانه با هوش مصنوعی برای نظارت وجود دارد.

نتیجه‌گیری.

وضعیت آنابیوز برای فضانوردان دیگر نه یک علمی-تخیلی خالص، بلکه یک وظیفه علمی-تکنولوژیکی چندرشته‌ای با پیچیدگی فوق‌العاده است. حل این مسئله در تقاطع نوروبیولوژی، کریوبیولوژی، سیستم‌های تأمین نیازهای حیاتی و مهندسی فضایی قرار دارد. اگرچه تا دستیابی به اجرای عملی این مسئله نیاز به دهه‌ها تحقیقات و آزمایشات شدید دارد، اما گام‌های اولیه انجام شده است. موفقیت در این زمینه نه تنها یک پیشرفت در کیهان‌نوردی، بلکه بزرگترین دستاورد پزشکی خواهد بود که می‌تواند زندگی‌ها را در زمین با مدیریت متابولیسم در شرایط بحرانی نجات دهد. پیشگامان در این زمینه نه تنها مهندسان و فضانوردان، بلکه زیست‌شناسانی هستند که سال‌ها در مورد خرس خواب‌آلود در کلبه و سنجاب صحرایی در تونل یخ‌بسته مطالعه کرده‌اند.

Permanent link to this publication: