slapend

De lange reis naar Mars brengt een groot aantal problemen met zich mee: straling, behoefte aan eten, drinken, toiletteren, enzovoort. Maar al die problemen verdwijnen als sneeuw voor de zon als we de bemanning van zo’n Marssonde een winterslaapje laten doen. NASA denkt er serieus over na en onderzoeker John Bradford onderzoekt momenteel in opdracht van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie of het mogelijk is.

De reis naar Mars duurt lang. Al snel een maand of negen. Dat betekent dat er voor negen maanden voedsel en water mee moet. Of dat er efficiënte systemen gebouwd moeten worden om dat voedsel onderweg te verbouwen en vloeistoffen (waaronder urine) te zuiveren. En dan is er ook nog de straling: astronauten worden tijdens de reis naar Mars blootgesteld aan flinke hoeveelheden straling, dus moet het gehele ruimtevaartuig voorzien worden van een beschermende laag die de straling (voor zover mogelijk) buiten de deur houdt. Het zijn stuk voor stuk maatregelen die niet alleen veel geld, maar ook veel tijd kosten. En daarmee lijkt een missie naar Mars nog heel ver weg.

Torpor
Maar er is een aanpak waarbij we al die problemen in één klap oplossen. Torpor. Oftewel: een toestand waarbij het lichaam minder actief is. Een bekende vorm van een langdurige torpor is de winterslaap. Diverse dieren doen aan de winterslaap. Bijvoorbeeld de lemuur. Tijdens hun winterslaap worden de aapjes koudbloedig: ze regelen hun lichaamstemperatuur niet meer zelf, maar hun lichaamstemperatuur verandert met de temperatuur van de omgeving mee. Ook de stofwisseling en ademhaling gaat trager en hun hart gaat langzamer kloppen (van 120 slagen naar zes slagen per minuut!). Het is een ingrijpende gebeurtenis die onderzoekers prima kunnen beschrijven, maar nog altijd niet goed begrijpen.

Een tekening van een Marssonde. Slechts een klein deel ervan (de rode pijl wijst ernaar) wordt door (slapende) mensen bewoond. Afbeelding: SpaceWorks Engineering.

Een tekening van een Marssonde. Slechts een klein deel ervan (de rode pijl wijst ernaar) wordt door (slapende) mensen bewoond. Afbeelding: SpaceWorks Engineering.

In de ruimte
Mensen in een diepe, maanden durende winterslaap brengen, is dan ook nog een ver-van-mijn-bed-show. Maar het menselijk lichaam gedurende een korte tijd minder actief maken, dat kunnen onderzoekers al. Ze verlagen de lichaamstemperatuur (middels injecties of door mensen aan kou bloot te stellen), waardoor de stofwisseling vertraagd wordt. Vooralsnog vinden vooral artsen die aanpak interessant. Deze kan bijvoorbeeld kort na een hartaanval worden toegepast om de schade te beperken. Maar torpor heeft recentelijk ook de aandacht van de ruimtevaart getrokken. Want met name tijdens lange ruimtereizen is het – in theorie – heel aantrekkelijk om het menselijk lichaam een soort winterslaap te laten houden waardoor deze mensen onder meer minder ruimte nodig hebben en minder behoefte hebben aan (gevarieerd) voedsel. Onderzoeker John Bradford van SpaceWorks Engineering onderzoekt momenteel – met geld van NASA – of het toepassen van torpor tijdens lange ruimtereizen inderdaad mogelijk en effectief is. “Door de centrale lichaamstemperatuur tien graden Fahrenheit te laten dalen, kunnen we de stofwisseling met vijftig tot zeventig procent beperken,” legt Bradford in een interview met Scientias.nl uit. “Wij evalueren momenteel een aantal technieken die gebruikt kunnen worden om de lichaamstemperatuur te verlagen. Waaronder injecties of koude oplossingen die in de bloedbaan worden gespoten of het gebruik van externe, koude gelpakken. Beide methodes worden al in de medische wereld gebruikt (men spreekt dan van therapeutische hypothermie, red.), maar wij kijken of we ze ook in de ruimtevaart en in de bijzondere omgeving waarin astronauten dan verblijven, kunnen toepassen.”

“Wij willen mensen 180 dagen of langer in slaap houden”

Van tien naar 180 dagen
Als Bradford het zo vertelt, lijkt het alsof het allemaal al in kannen en kruiken is: de aanpak wordt reeds gebruikt, het is alleen een kwestie van uitzoeken hoe dat in de ruimte werkt. Maar er komt meer bij kijken, zo legt Bradford uit. Hij wijst erop dat torpor inderdaad al wordt toegepast wanneer mensen bijvoorbeeld een hartstilstand krijgen en er gewaakt moet worden voor verdere beschadigingen aan het lichaam (denk aan hersenschade). “Maar het huidige record voor de langste periode waarin iemand in torpor is geweest, is tien dagen.” En aangezien we niet in tien dagen naar Mars kunnen, is dat veel te kort. “Onze voorkeur gaat ernaar uit om de bemanning van een Marsmissie tijdens de gehele trip en ook tijdens de terugreis in slaap te houden.” Heel concreet betekent dat dat die periode van tien dagen aanzienlijk verlengd moet worden. “Wij willen die periode uitbreiden naar 180 dagen of meer. Dat lijkt een grote sprong, maar enkele jaren geleden konden we mensen nog maar twee dagen in torpor houden. Bovendien is er medisch gezien geen reden om mensen langer dan een week in torpor te houden, omdat alle voordelen die torpor heeft in die eerste week al behaald zijn.” Dus de persoon die tien dagen in een soort winterslaap verkeerde, is daar niet uitgehaald omdat er medische complicaties waren, maar omdat er simpelweg geen reden was om de persoon nog langer onderkoeld te houden. Er is dus geen reden om aan te nemen dat het moeilijk of zelfs onmogelijk is om mensen langer in torpor te houden.

Wat hebben we nodig?
Een beer die een winterslaap houdt, heeft weinig nodig. Geen voedsel. Geen water. Maar hoe zit dat met mensen wiens lichaamstemperatuur verlaagd wordt? “De bemanning heeft nog steeds zuurstof, vocht en voedingsstoffen nodig,” vertelt Bradford. “Maar met de vertraagde stofwisseling is de hoeveelheid zuurstof die de bemanning nodig heeft kleiner dan de hoeveelheid zuurstof die een actieve bemanning nodig heeft. Daarnaast zullen de astronauten gevoed en van vocht voorzien worden door een infuus.” Dat infuus voorziet de astronauten van zogenoemde Totale Parenterale Voeding (TPN). “Hoewel het geen plezierige manier om te eten is, kan het gebruikt worden om het lichaam voor een onbepaalde tijd te voorzien van alles wat het nodig heeft.”

Mensen die tijdens een reis naar Mars een soort winterslaap houden, hebben weinig ruimte nodig. Enkele vierkante meters voor vier tot zes personen zou genoeg moeten zijn. Afbeelding: SpaceWorks Engineering.

Mensen die tijdens een reis naar Mars een soort winterslaap houden, hebben weinig ruimte nodig. Enkele vierkante meters voor vier tot zes personen zou genoeg moeten zijn. Afbeelding: SpaceWorks Engineering.

Infecties, wakker worden en andere ellende
U begrijpt dat zo’n therapeutische hypothermie voordelen heeft. Mensen die slapen hebben minder zuurstof nodig, geen behoefte aan gevarieerd voedsel of entertainment en ze kunnen in een hele compacte ruimte verblijven. Dat laatste betekent dat slechts een klein deel van de sonde beschermd hoeft te worden tegen straling. “Bovendien kunnen veel psychologische en sociale uitdagingen worden geëlimineerd. Met een bemanning die uit vier tot zes personen bestaat, heb je te maken met een kleine groep mensen die voor een lange tijd in een hele kleine ruimte zit en – op grote afstand van thuis en zonder ontsnappingsmogelijkheid als er problemen ontstaan – met veel stress te maken heeft. Dat vraagt veel van de astronauten en beperkt het aantal mensen dat geschikt is voor zo’n missie sterk, ook maakt het het werk van het medisch team dat het mentale welzijn moet monitoren, lastiger.” Torpor lost die problemen op. Maar ook deze medaille moet toch een keerzijde hebben? “Er zijn mogelijke risico’s,” erkent Bradford. “We kijken momenteel naar technologieën en methodes om deze risico’s aan te pakken.” Maar aan welke problemen moeten we dan precies denken? “De infuuslijnen zijn heel vatbaar voor infecties. Lichamen die lang in deze staat vertoeven, krijgen vaak te maken met longontsteking. En afbraak van de spieren en botten – problemen die veelvuldig in de ruimtevaart voorkomen – zijn nog steeds een probleem. Het wakker maken van de bemanning vergt bovendien veel tijd en dat kan een probleem zijn als zich een noodgeval voordoet.”

Al met al is er genoeg werk aan de winkel voor Bradford en zijn collega’s. Maar hij heeft er alle vertrouwen in dat er voor elk probleem een oplossing is. “We denken dat we alle medische hindernissen kunnen overwinnen.” Toch is er één hindernis waar Bradford zich wel zorgen over maakt. “De mens. We moeten ervoor zorgen dat de bemanning accepteert dat deze tijdens een groot deel van de missie bewusteloos is. Dat betekent dat de astronauten veel vertrouwen moeten hebben in de hardware en het medische team op aarde.” Toch hoopt Bradford dat vertrouwen te kunnen verdienen. “Als we kunnen aantonen dat dit de meest haalbare manier is om deze missies in de nabije toekomst mogelijk te maken, denk ik wel dat we de steun kunnen krijgen.”