BedRest studie a jejich využití v klinické praxi

BedRest Study - Pilot Prezentation from Pavel Boháček

LÉKY NA MÍRU, ANEB KOSMICKÁ MEDICÍNA BUDOUCNOSTI

Foto: MIT

Týmy pokročilých konceptů, světových kosmických agentur a soukromých aerokosmických společností nyní pracují na odvážných plánech objevitelských kosmických misí, zahrnujících vybudování stálých základen na Měsíci nebo na Marsu. Takové mise budou charakteristické nejen pobytem v nehostinném a životu nebezpečném prostředí. Lidé budou zcela izolování, odkázaní sami na sebe a na své, velmi omezené, zdroje. Život na Měsíční, nebo Marsovské základně si od budoucích průzkumníků bude vyžadovat vysokou úroveň autonomie. To platí i v případě, pokud dojde k onemocnění či k úrazu některého ze členů posádky. Je řada technologií, které bude potřeba teprve vymyslet, ale již dnes mají vědci dobře nakročeno do budoucnosti...

Celý článek na webu Kosmonautix...

POLŠTÁŘOVÉ STUDIE - JEDEN ROK V POSTELI

Ve článku "HDBR - neboli na Mars přes postel..." jsme se podrobně zabývali tzv. bedrest studiemi, tedy metodou, která prostřednictvím dlouhodobého upoutání pokusných osob na lůžko, simuluje některé fyziologické účinky mikrogravitace na lidský organismus. Dobrovolníci leží na lůžku se sklonem -6°hlavou dolů a lůžko nesmí opouštět a musí dodržovat přísný režim, který je stanoven dle zaměření experimentu.

Doba pobytu na lůžku je různá. Většinou se délka pobytu na lůžku pohybuje v rozmezí 30-60 až 90 dnů. V roce 1986 se však v Moskvě uskutečnil experiment, který se svou délkou podstatně vymykal. Skupina 11 dobrovolníků měla za úkol na lůžkách setrvat celý jeden rok. Experiment антиортостатическая  гипокинезия (antiortostatická hypokineze) byl realizován v Institutu Medicínsko-Biologických Problémů v Moskvě pod vedením lékaře a kosmonauta Borise Morukova.

Přesně 370 dní a noci v leže, bez možnosti vstát, nebo se posadit. V leže se myjete, jíte čtete, koukáte na TV, píšete. Zdá se to být jednoduchý úkol, ale opak je pravdou. Již během 36 hodin po ulehnutí na lůžko jsou na lidském organismu patrné první změny. Během týdne až 10 dnů již tyto změny přecházení z pouhé kompenzace stavu na změny patologické - zdraví škodlivé.

Dochází k oslabování kardiovaskulárního systému, snižování srdečního výdeje a žilního návratu. Klesá krevní tlak a v těle začne docházet ke změnám distribuce tělesných tekutin. Dochází k nedostatečné ventilaci plic. To pak může vést například ke zvýšenému riziku zánětlivých komplikací. U dlouhodobě ležících vidíme postupný rozvoj svalové atrofie, zejména posturálních svalů, kdy svalová síla klesá až o 20%. Vysoký obsah minerálních látek v moči ukazuje na velké ztráty hmoty z kostí. Kosti ke své správné stavbě potřebují odpovídající zatěžování. Při pobytu na na lůžku, ale i na oběžné dráze onen potřebný gravitační stimul nepůsobí. Kosti ztrácí stavební hmotu, stávají se křehčími. Snížená námaha organismu pak vede ke snížené potřebě kyslíku, což vede k redukci množství červených krvinek. A tak bychom ve výčtu mohli pokračovat dále. 

První bedrest studie trvaly pouze několik dní, později týdnů a pak dva až tři měsíce. Ale studie, trvající 370 dní - to byl rekord. Pět z jedenácti testovacích subjektů během pobytu na lůžku cvičilo posilovací cviky. Běhali na vertikálním běhacím pásu a cvičili v podstatě stejně, jako kosmonauti na oběžné dráze. 

Po třech měsících se jeden z dobrovolníků rozhodl experiment opustit. Ostatní však setrvali. Po čtyřech měsících ležení na lůžku následovala další fáze. Tou byla centrifuga. Oslabená těla pokusných osob byla rotací vystavena gravitační zátěři 1G, tedy stejné, jakoby se kosmonauti vrátili na Zemi. Centrifuga dobrovolníky čekala ještě po osmi měsících a na konci studie. 

Dekondice však nebyl jediný problém, kterému naši polštářoví kosmonauti čelili. Neměnící se denní režim, neustálá lékařská vyšetření a izolace si vybírali svou daň. Z počátku bylo vše OK. Několik z dobrovolníků se rozhodlo, že času, stráveného na posteli využijí tak, že se budou učit jazyky. Nadšení jim však vydrželo jen dva týdny. Rozdělení do třech pokojů většinu času trávili čtením, sledováním TV a bavili se tím,  že z aluminiových obalů na jídlo dělali lodě a medaile pro zdravotní sestry, nebo rytíře a své výtvory pak prezentovali vedoucímu výzkumu Morukovi. Během roku se slavili narozeniny a pillownauti si navzájem dávali dárky a pořádali narozeninové párty. Pak se však atmosféra začala kazit.

Mezi osazenstvem jednoho z pokojů se začaly stupňovat spory. Čtveřice pokusných subjektů se rozhodla jednoho z kolegů vyštvat z pokoje. Spory byly i mezi pokusnými subjekty a zdravotnickým personálem, který se také musel přesunovat. Návštěvy byly povoleny jen jednou týdně a to v neděli. Celý jeden rok byla neděle jedinou možností, kdy vidět rodiny. To si vybralo svou daň v podobě několika rozvodů.

Po 370 dnech experiment skončil. To však neznamenalo, že se jeho účastníci mohli vrátit domů. Po roce upoutání na lůžko byli tak zesláblí, že následovala rehabilitace, spočívající v postupném posazování na lůžku, vertikalizací a chůzí s doprovodem po chodbě.

Bed-rest studie jsou realizovány dodnes. Jsou cenným zdrojem informací, které jsou využívány při přípravě budoucích kosmických misí. To však není zdaleka jediné jejich využití. Výsledky, získané za mnoho let těchto výzkumů, nám slouží k pochopení patofyziologických pochodů, které vídáme u pacientů dlouhodobě hospitalizovaných na odděleních LDN, lidí, zotavujících se z těžkých úrazů a onemocnění. Pomáhají nám vyvíjet nové léčebné a ošetřovatelské postupy, jako jsou například metody rehabilitačního ošetřování či dietní intervence atp.

The Mad Science Book: Experiments from the Wilder Side of Science; autor Reto Schneider
HDBR - Na Mars přes postel; autor Pavel Boháček; Kosmonautix.cz
Foto: You Tube/Roscosmos

Rozhovor v časopisu TÝDEN: VESMÍRNÉ LÉKY PROTI RAKOVINĚ

To je, krátce řečeno, téma rozhovoru, který právě vychází v časopisu TÝDEN. Mimo jiné si také povídáme o tom, co má společného tzv. personalizovaná medicína, tedy obor, zabývající se optimalizací diagnostických a léčebných postupů pro léčbu konkrétního člověka a kosmonautika. Věděli jste například, že vědci zkoumají možnosti výroby "léků na míru"? Technologie, která je v článku zmíněná se nazývá flow processing a kromě využití v rámci cesty na Mars, nalezne tato technologie v budoucnu uplatnění i na Zemi.

Velmi mě zajímá vliv dlouhodobého ležení člověka na lůžku na jeho zdravotní stav. Výzkum této problematiky se děje pomocí tzv. bedrest studií. Ty jsou v kosmonautice využívány jako tzv. analog pro studium fyziologických účinků mikrogravitace na člověka, ale přinášejí nám také řadu poznatků, které pak lze využít při péči o nemocné ale nejen to... V časopisu TÝDEN se zmíníme i o jiných oblastech využití získaných poznatků. Otázky, týkající se péče o zdraví a psychiku astronautů, nebo nové lékařské technologie a postupy, které vznikly pro využívání v rámci kosmických letů a nyní slouží pacientům na Zemi. 

Nejen o tom jsme si povídali v časopisu TÝDEN, který vychází v pondělí 29.8. (36/2016)
Časopis si můžete koupit také v elektronické podobě do mobilu a tabletu zde .

(foto: Týden/ESA/NASA)

Osteo Omics - výzkum fyziologie kostí v mikrogravitaci a magnetické levitaci

Jak postupují, mění se a zdokonalují znalosti a postupy v oblasti běžné, pozemské medicíny, tak se tento pokrok promítá i do postupů, týkajících se medicíny kosmické. Nové poznatky v posledních měsících  přináší obory jako je genomika a proteomika, tedy vědní disciplíny, zabývající se (nejen) lidským organismem až na podbuněčné úrovni.

Osteo Omics (Gravitational Regulation of Osteoblast Genomics and Metabolism) testuje jak přesně magnetická levitace simuluje podmínky volného pádu, které vidíme v prostředí mikrogravitace na palubě Mezinárodní kosmické stanice a jaký mají tato prostředí vliv na expresi genů v kostních buňkách.

Identifikace molekulárních změn, které v buňkách probíhají v magnetické levitaci a v prostředí mikrogravitace, pomohou vědcům lépe interpretovat pozorování, která již učinili a nadále činí v rámci výzkumů změn v kostech, které souvisí s působením gravitace na Zemi.

Na světě jsou miliony lidí kteří trpí onemocněními, která jsou charakteristická ztrátami kostní hmoty ke kterým dochází následkem nerovnováhy mezi přirozeným modelováním kostní hmoty na jedné straně, a jejím rozpadem na straně druhé, tedy procesů, ke kterým dochází zejména na podkladě vektoru zatěžování kostí. Kromě astronautů tento jev vidíme například u pacientů dlouhodobě upoutaných na lůžko, nebo u lidí starých. Jak již bylo řečeno ve článku "Kosmický výzkum rozvíjí nové metody diagnostiky osteoporózy",v České republice například osteoporóza postihuje cca 15% mužů a 33% žen ve věku nad 50 let. U sedmdesátiletých vidíme osteoporózu u 39% mužů a 47% žen. Hlavním zaměřením výzkumu je studium mechanismů ztrát kostní hmoty prostřednictvím zkoumání signálních drah a genově/proteinové exprese.

Studie fyziologie kostí v magnetické levitaci nabízí možnost nového typu prostředí pro výzkum signálních procesů, nicméně, je třeba ještě ověřit, nakolik se vlastnosti tohoto toto uměle vytvořeného prostředí podobají prostředí mikrogravitace na oběžné dráze Země a to porovnáním vlivu obou prostředí na genomiku, proteomiku a metabolické procesy.

Osteoklasty a osteoblasty jsou na ISS transportovány v prostředí o teplotě -80°C. Poté jsou přemístěny do Commercial Generic Bioprocessing Apparatus (CGBA) kde je v prostředí o teplotě +37°C experiment na 6, 10 a 30 dnů aktivován.

Současně s experimentem, probíhajícím na palubě ISS, je prováděn podobný pokus i na Zemi - avšak v prostředí magnetické levitace. Po ukončení studií, bude vzorek z kosmické stanice opět za teploty - 80°C dopraven na Zemi a oba vzorky budou porovnány.

Porozumění buněčným mechanismům, které jsou základem procesů, při kterých dochází ke ztrátám kostní hmoty, pomáhají vědcům při vývoji léčebných a preventivních postupů u celé řady onemocnění, které jsou provázeny zejména ztrátmi kostní hmoty, jako je například osteopenie, či osteoporóza. Tyto experimenty nám také pomáhají pochopit fyziologické či patofyziologické procesy, ke kterým dochází u pacientů dlouhodobě upoutaných na lůžko.

Zdroje foto, video a info:

http://spaceflight101.com/dragon-spx9/cargo-overview/
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1284.html
https://www.youtube.com/watch?v=Q13TI_SyMQM

Heart Cells - Kmenové buňky na ISS

The Heart Cells Study – Effects of Microgravity on Stem Cell-Derived Cardiomyocytes – To je název studie, realizované na palubě Mezinárodní kosmické stanice, která zkoumá negativní vliv pobytu v prostředí mikrogravitace na kondici kardiovaskulárního systému. Dochází k celkovému oslabování srdce, zhoršování kontraktility srdeční svaloviny ve které dochází ke změnám na buněčné úrovni. Studie Heart Cells tyto změny zkoumá. Lepší porozumění tomu, jak se srdeční buňky  – kardiomyocyty – ve vesmíru mění, poskytne informace například k dalšímu výzkumu kardiovaskulárních onemocnění, vývoji léků a protiopatření proti negativním účinkům kosmického letu. Tyto nové poznatky tedy poslouží lidem jak ve vesmíru, tak i na Zemi.

Jenže, jak dělat výzkum na živých lidských srdečních buňkách? Je to zejména problém etický. I kdyby bylo k dispozici dostatek živé lidské srdeční tkáně, bylo by velmi problematické, aby buňky bez úhony přežily zátěž, spojenou se startem a přepravou na ISS. Jistě, jsou tu ještě zvířecí modely, ty mohou do určité míry posloužit, ale nicméně tam jsou oproti lidské tkáni jisté rozdíly, které tyto buňky činí k výzkumu méně vhodné.

Výzkumný projekt Heart Cells na to však jde jinak. Využívá totiž tzv. pluripotentní kmenové buňky které jsou vyvíjené pro nové metody terapie kardiovaskulárních onemocnění. Tyto kmenové buňky byly odebrány z kožní tkáně od různorodé skupiny dobrovolníků. Buněčné kultury jsou na palubě ISS uchovávány za konstantních podmínek (např. v konstantní teplotě 37°C a atmosférou s 5% CO2) ve speciálním inkubátoru SABL - Space Automated Bioproduct Lab – novém výzkumném zařízení, vyvinutém pro použití na palubě Mezinárodní kosmické stanice, pro pro základní i komerční výzkum, ale také pro účely vzdělávací. Jedná se o do dosti značné míry zařízení univerzální, určené pro uchovávání buněčných kultur a realizaci biologických experimentů s bakteriemi, kvasinkami, řasami, houbami, viry, zvířecími buňkami tkáněmi, i malými rostlinami.

Vzorky jsou v komoře sledovány pomocí HD zobrazovacích metod. Po ukončení experimentu se tyto vzorky vrátí na Zemi, kde budou podrobeny dalšímu zkoumání.

 

Porozumění změnám, ke kterým dochází v buňkách srdečního svalu bude mít velký přínos i pro výzkum, týkající se kardiovaskulárního systému na Zemi. Co si budeme povídat. Faktem prostě je to, že onemocnění srdce, je vedoucí příčinou smrti v mnoha zemích světa.
 

zdroj: http://spaceflight101.com/dragon-spx9/cargo-overview/
      http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1914.html
foto: BioServe/University of Colorado, NASA

Když mrtví promluví

Letadlo zmizelo z radaru a nehlásí se a řízení letového provozu vyhlašuje pohotovost. Krátce na to přichází od složek integrovaného záchranného systému zpráva o tom, že na poli za městem leží doutnající trosky. Na místo vyráží záchranáři, ale, bohužel, už není koho zachraňovat. Letecké neštěstí nikdo nepřežil.

A tak se rozbíhá mašinerie vyšetřování. Hledá se černá skříňka, kompletují trosky, vyslýchají svědci a vše se důkladně dokumentuje. Z obětí toho moc nezbylo. Po zadokumentování polohy tělesných ostatků členů posádky a cestujících jsou těla naložena do pytlů a odvezena k pitvě, kde bude probíhat zejména jejích identifikace. Ale nejen to.

I když všichni účastníci neštěstí zahynuli, mohou toho k průběhu neštěstí hodně říci. V moderní forenzní medicíně totiž existují laboratorní metody, které dokáží určit somatický, ale i do jisté míry psychický stav obětí nehody.

Psal se rok 1964, když MUDr. František Vorel, CSc., zakladatel československého soudního leteckého lékařství, spolu se svým týmem vyvinul speciální biochemickou metodu, určenou k hodnocení somatického a psychického stavu osádky v krátké době před smrtí.

Metoda "vyšetření předsmrtného stresu" se používá v rámci vyšetřování leteckých nehod, zejména k objasňování okolností těsně před nehodou. Zjednodušeně řečeno jde o to zjistit  zda  smrt přišla náhle, nečekaně, nebo jestli pilot bojoval o holý život.

Ostatky obětí neštěstí jsou převezena na pracoviště soudního lékařství, kde jsou z nich v rámci pitvy odebrány vzorky tkání z mozku, jater, srdce a některého ze svalů. Je třeba dodat, že nevadí ani vysoká míra devastace ostatků (kromě hniloby). Důležitá je však jedna věc... A to, že smrt musí přijít okamžitě. Agonální stav a chemické pochody, které se při něm ve tkáních zemřelých dějí, by znehodnotil výsledek. Odebrané vzorky jsou bez fixace zmrazeny na teplotu -20°C.

A co se zjišťuje? Určitou dobu po smrti totiž ve tkáních zůstávají stopy po změnách metabolismu, ke kterým došlo těsně před smrtí. Ty mohou odrážet jednak psychický stav pilota, stres. Měří se například hladiny glukózy a zejména stresových hormonů v krvi. Měl pilot velký strach? Velké bolesti?  Změny v hladinách kyseliny mléčné zase ukazují na hypoxii, neboli nedostatek kyslíku v krvi, nebo velké gravitační přetížení či fyzickou námahu při zvládání kritické situace během letu.

A tak forenzní letecká medicína pomáhá složit dohromady mozaiku, která nakonec vede k odhalení příčiny leteckého neštěstí.

Zdroje:

http://kriminalistika.eu/stres/stres1.html

https://21stoleti.cz/2004/03/19/medicina-proti-zaludnostem-letani/

Ilustrační foto:

http://www.planes.cz/cs

 

STUDIE: Senioři a chronicky nemocní - Deconditioning a zranitelná populace nejen v mimořádných situacích

Abstrakt:

foto:Florence

Dekonditioning je redukce či vyčerpání funkční kapacity různých systémů lidského organismu, čímž dochází k rozvoji disability a ztrátě schopnosti uspokojování základních životních potřeb člověka. Tato problematika se týká značného procenta lidí, které souhrnně nazýváme “křehká“, nebo také „zranitelná populace”. K rozvoji deconditioningu jako dlouhodobého následku, dochází při akutních i chronických onemocněních, úrazech a deficitech, které mají souvislost např. se stárnutím. K rozvoji tohoto stavu může za určitých okolností dojít i u zcela zdravých lidí, jak dokládá celá řada studií, sledujících případy zdravých lidí dlouhodobě upoutaných na lůžku (bed-rest studie), nebo pozorování provedená na kosmonautech, dlouhodobě pobývajících ve vesmíru. Křehká (zranitelná) populace se vyznačuje zvýšenou citlivostí k výkyvům např. v oblasti sociální (ztráta partnera - pečovatele), environmentální (výkyvy počasí, živelní, antropogenní katastrofy), ekonomické (ztráta příjmů), bezpečnostní (narušení veřejné bezpečnosti, ozbrojené konflikty). 

(zdroj: Florence)

Kosmický výzkum rozvíjí nové metody diagnostiky osteoporózy

Zemská přitažlivost. Člověk si ani neuvědomuje, jak důležitá pro náš život je. Působení gravitační síly je, kromě jiného, klíčová také pro zdravý vývoj našich kostí. Je známým faktem, že pobyt v prostředí mikrogravitace, například na palubě Mezinárodní kosmické stanice má za následek poměrně veliké ztráty kostních minerálů. Zjistilo se, že astronauti během vesmírné mise přijdou cca o 1% kostní hmoty za měsíc. Tomuto jevu se odborně říká osteoporóza. Ta však trápí zdaleka ne jen astronauty. Kostní  hmotu ztrácí také lidé, kteří jsou, například kvůli dlouhodobému onemocnění, upoutání na lůžko, nebo staří lidé. Tým vědců pod patronací Evropské kosmické agentury (ESA), připravil pro astronauty na ISS experiment, který má za úkol podrobně popsat procesy, ke kterým v kostech astronautů dochází.

Experiment s názvem Early Detection of Osteoporosis in Space, neboli (EDOS). U astronautů před startem do vesmíru a po návratu na Zemi a také u pokusných subjektů, dlouhodobě upoutaných na lůžko v rámci bed-rest studií, jsou pomocí zobrazovací technologie tzv. 3-D peripheral quantitative computed tomography (3DpQCT), detailně vyhodnocovány změny struktury kostí.  Spolu s analýzou biochemických markerů metabolismu kostí pak vědci dostávají ucelenou informaci o tom, co se vlastně v kostech astronautů, ale také lidí ležících na lůžku děje. Na základě těchto poznatků, jsou pak vyvíjena protiopatření, jako je cvičení, dietní opatření a další nové metody, které mají pomoci ubývání kostní hmoty zastavit.

Ale vraťme se ještě k samotné technologii 3DpQCT. ESA podporuje vývoj technologie nového typu 3D skeneru, pomocí kterého budou moci být pořizovány vysoce kvalitní snímky struktury kostí. Zařízení je vyvíjeno v rámci programu s názvem ESA-MAP (Microgravity Applications Programme) a pracují na něm experti z Institutu pro Biomedicínské Inženýrství v Curychu a z firmy Scanco Medical. Primární účel - sledování změn struktury kostní hmoty astronautů před a po dlouhodobé kosmické misi. Jak je to však s většinou technologií, původně vyvíjených pro kosmický program, i 3DpQCT  nalezne uplatnění i v klinické medicíně.

V České republice například osteoporóza postihuje cca 15% mužů a 33% žen ve věku nad 50 let. U sedmdesátiletých vidíme osteoporózu u 39% mužů a 47% žen. Následkem tohoto onemocnění pak dochází ke zlomeninám a to zejména obratlů nebo krčku kosti stehenní. Těmto zlomeninám však lze ve velké míře vhodnými opatřeními předejít. Proto je velmi důležitá včasná diagnostika.

Technologie 3DpQCT podstatně vylepší možnosti diagnostiky již časných stádií osteoporózy. A nejen to. Díky této technologii je také možné průběžně vyhodnocovat efektivitu léčby osteoporózy, jakou jsou např. dietní opatření, podávání vit. D a jiné farmakologické intervence, nebo cvičení. 

Na další informace o tomto zajímavém projektu se můžete podívat např. na stránkách NASA .
(foto: ESA)

Vesmír a stárnutí

Žena, věk 65 let: "Chtěla jsem jet do Prahy, kde jsem si chtěla nechat předepsat léky od svého lékaře." Do Prahy ovšem nedojela. Její cesta skončila na nádraží v Ústí nad Labem. Těsně před vstupem na nástupiště ztratila rovnováhu a zřítila se z jedoucího eskalároru. Otřes mozku, tržná poranění na hlavě a v obličeji a četné pohmožděniny po celém těle. Tentokrát to dopadlo dobře. Nejednou podobné případy končí smrtelně, ať už bezprostředně, nebo v nemocnici na následky komplikací. Uvádí se, že asi 20% lidí ve věku nad 65 let utrpí alespoň jednou za rok pád. Proč vlastně staří lidé padají? I to je otázka, na kterou pomáhá hledat odpověď lékařský výzkum ve vesmíru.

foto:NASA

Píše se datum 29. října 1998, když se ze startovací rampy 39B, vydal do vesmíru raketoplán Discovery. Byla to mise STS-95, která byla zajímavá především tím, že jedním ze členů posádky byl John Glenn. Psal se rok 1962, když Glenn, jako první Američan obletěl Zemi na palubě kosmické lodi Mercury 6 a nyní se jako specialista užitečného zařízení, stal ve svých 77ti letech, nejstarším člověkem, který se podíval do vesmíru. Na vědeckém programu mise se podílel i americký National Institute of Aging, který se věnuje systematickému výzkumu problematiky stárnutí. Jedním z úkolů, který Glenn v rámci mise raketoplánu Discovery plnil, byl výzkum problematiky změn systému udržování rovnováhy, ke kterým dochází během pobytu v prostředí mikrogravitace a po návratu z vesmíru.

Výzkumy ukazují, celou řadu podobností mezi stavem organismu, ve kterém se astronauti vrací z vesmíru a který obecně nazýváme dekondicioning a některými projevy stárnutí a také dlouhodobého upoutání na lůžko. Po návratu z vesmíru astronauti trpí poruchami rovnováhy závratí a nestabilitou chůze. Jde o následek změn citlivosti rovnovážného systému, ke kterým dochází v důsledku pobytu v prostředí mikrogravitace. K těmto změnám dochází již za dobu kratší než 9 dnů. K tomu se přidává pokles citlivosti chodidel, celkový úbytek a oslabení především posturárních svalů. Dalším velmi významným faktorem je celkové snížení funkční kapacity kardiovaskulárního systému. Po návratu lidí z vesmíru u nich můžeme sledovat například projevy tzv. ortostatické hypotenze, tedy snížené schopnosti kardiovaskulárního sytému kompenzovat výkyvy krevního tlaku, ke kterým docházi např. při rychlých změnách gradientu působení gravitační síly.

Podobné příznaky, jaké jsme popisovali výše, vidíme i u běžné populace na Zemi a sice jako průvodní jevy stárnutí, nebo u pacientů, kteří jsou nuceni trávit dlouhou dobu ležením na lůžku. Když se například v rámci tzv. Baltimore Longitudinal Aging Study, na 280 lidech provádělo vyšetření tzv. dynamická postulografie, ukázalo se, že při zavřených očích  probandi popisují subjektivní pocit pádu, tedy první příznaky deficitu rovnováhy. Stejně tak jako u kosmo/astronautů, tak i u starých lidí často vídáme pokles citlivosti v chodidlech. Příčina tohoto jevu je sice rozdílná (nedostatek stimulace v mikrogravitaci u astronautů, versus neuropatie periferních nervů, jakou vídáme například u diabetiků), důsledek je však stejný. Zvýšené riziko pádu, způsobené narušeným vnímáním polohy dolních končetin a s tím související zhoršenou pohybovou koordinací, která je obzvláště patrná při chůzi na nerovném terénu, při překonávání překážek, nebo při řízení auta či vstávání z lůžka.

foto:NASA

Dalším průsečíkem mezi zdravotním stavem astronautů, starými lidmi, či lidmi upoutanými dlouhodobě na lůžko, je narušení normálního spánkového rytmu. Během vesmírných misí, či při experimentech se zdravými lidmi, ležícími dlouhodobě na lůžku (bed-rest studie - simulace některých fyziologických účinků pobytu v prostředí mikrogravitace na lidský organismus) se zjistilo, že existuje síť vzájemných vztahů, mezi nedostatkem posturálních změn a pohybu, nepoměru nečinnosti a aktivity a narušením metabolických procesů, které fungují v souladu s cirkadiánním režimem, tedy s rytmem spánku a bdění. Ukázalo se, že za méně, než 10 dní dojde k úplnému narušení této synchronizace.

Ale vraťme se ještě k problematice pádů. Spolu s ubýváním kostní hmoty, svalové hmoty a síly, vídáme u astronautů či starých lidí, nebo lidí upoutaných na lůžku, také rozvoj progresivní hypovolémie, neboli snižování objemu krve v organismu a také redukci aerobní kapacity organismu. Proč k těmto jevům dochází? Co se hypovolémite týče, tak k té dochází v důsledku přesunů tekutin do horních partií těla, což vyvolá odezvu organismu ve smyslu zvýšeného vylučování moči. To pak vede k rozvoji dehydratace. Podobná věc se děje u lidí, ležících dlouhodobě na lůžku. U starých lidí je to zase problém zhoršeného vnímání pocitu žízně. Spolu s rozvojem tzv. ortostatické hypotenze (náhlý pokles krevního tlaku např. při postavení), způsobené redukcí tzv. baroreflexní senzitivity kardiovaskulárního systému, celkovou slabostí a zpomalením reakcí, tu máme velkou část rizikových faktorů, vedoucích například k pádům.

Když se podíváme na populační vývoj nejen v ČR, ale také v celé Evropě, tak vidíme, že stárneme. To, že se dožíváme vyššího věku je sice fajn, ale co kvalita toho života? Problematika kvality života ve stáří je důležitý soubor otázek, na které nám pomáhá hledat odpovědi (světe div se), také kosmonautika.     

HDBR, aneb na Mars přes postel

BedRest studie, neboli výzkum vlivu dlouhodobého upoutání člověka na lůžko je jednou z metod, která je využívána k simulaci fyziologických účinků mikrogravitace na lidský organismus. Během mnoha let výzkumů vědci získali velké množství cenných poznatků, které nalézají své uplatnění nejen v kosmonautice, ale také v běžné, klinické medicíně a v ošetřovatelské péči o pacienty na Zemi. Celá problematika je natolik zajímavá, že určitě stojí za to, věnovat jí velkou pozornost i v budoucnu...

Zatímco fyziologické účinky krátkodobého pobytu člověka v prostředí mikrogravitace, jsou díky misím raketoplánů, či pobytům 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 430 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 k dispozici údaje, získané jen od malého počtu testovacích "subjektů" a čas, který tito astro/kosmonauti ve vesmíru strávili, také není dostatečný. A tak přicházejí je 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. Celý článek byl publikován, na webu Kosmonautix.
(Foto: ESA/DLR)

Projekt BIOPSY

To, že ve vesmíru dochází v důsledku pobytu v prostředí mikrogravitace k ubývání svalové hmoty a také síly, je dostatečně známo řadu let. Jak však tento jev vypadá na buněčné úrovni? To bylo tématem studie vědců z Marquette University v Milwaukee ve Wisconsinu. Ti pro astronauty na Mezinárodní kosmické stanici připravili experiment s názvem "BIOPSY", neboli Vliv dlouhodobého kosmického letu na lidský kosterní svalový systém.  Realizace tohoto projektu začala v roce 2002, expedicí 5 a skončila v roce 2005, expedicí 11. Výsledky studie pak byly publikovány v časopisech Journal of Applied Physiology a  Gravitational and Space Biology.  
Vědci zkoumali vzorky svalové tkáně lýtkového svalu, které byly astronautům odebrány před startem a po ukončení pobytu na Mezinárodní kosmické stanici. Cílem studie bylo napomoci k vývoji protiopatření, proti účinkům pobytu mikrogravitaci na svalový systém. Šlo o to, vyvinout takový cvičební program, jehož účelem je udržet svaly ve vrcholné kondici i během dlouhodobého kosmického letu.

Znalosti, získané z tohoto výzkumu nejsou důležité jen kvůli ubývání svalové hmoty a síly. Ukazuje se totiž, že dochází k takovému narušení struktury a funkčnosti svalu, které může po návratu z vesmíru, nebo po přistání např. na Marsu, vést i ke zranění. Data z tohoto experimentu jsou využívána k ilustraci strukturálních a metabolických změn, ke kterým dochází mezi jednotlivými svalovými buňkami. Vědci na základě těchto poznatků k sobě skládají jakési dílky modelu, který popisuje stupeň svalové degradace ve vesmíru v průběhu času, který bude použit k predikci rizik dlouhodobých kosmických letů.

V rámci studie byla věnována pozornost změnám objemu lýtkového svalu, jeho výkonnosti a fyziologii a mikroanatomii a to v obdobích před startem a po návratu z mise. Získaná data ukázala redukci objemu lýtkového svalu i jeho výkonnosti, to platí jak pro vlákna pomalá, tak pro vlákna rychlá. Ukázalo se, že dochází k poklesu svalové výkonnosti, kombinovanému s fyziologickými a anatomickýmí změnami, jako je zejména přeměna rychlých svalových vláken, na svalová vlákna pomalá, pokles density (hustoty) svalových vláken a zmenšení celkového svalového objemu.

Výzkum ukázal, že cvičení není dostatečným protiopatřením. Fyziologické změny, ke kterým ve svalových vláknech dochází, mohou vést k jejich nedostatečné výkonnosti, což může vyústit až v poranění svalu - tedy, to může negativně ovlivnit úkoly, které mají býti v rámci mise plněny. Po mnoha ISS misích a dlouhodobých pobytech na lůžku (bedrest studiích) v poslední dekádě, a nyní také na základě dat z projektu BIOPSY Bylo na ISS přidáno druhé zařízení COLBERT (Combined Operational Load-Bearing External Resistance Treadmill) a bylo vylepšeno zařízení ARED (Advanced Resistive Exercise Device). Tato opatření umožňují zvýšit efektivitu cvičení. A nutno dodat, že na základě nově získaných poznatků se také změnila samotná metodika cvičení.

A nyní už se dostáváme k tomu, proč tento výzkum zajímá také lékaře, kteří léčí nás, běžné pacienty na Zemi. Jak roky ubíhají a my stárneme, naše svaly tíhnou ke ztrátě elasticity. Studie ukazují, že od 40 let věku dochází v průměru k 5% ztrátě svalové hmoty za deset let a její nahrazování tukovou tkání. Po 65 roku života je tato ztráta ještě výraznější. Prevalence sarkopenie (ztráta svalové hmoty) ve věku nad 80 let překračuje 60 %. Sarkopenie úzce souvisí s věkem, ale může být akcelerována množstvím dalších faktorů včetně inaktivity, nedostatečné výživy či chronických onemocnění.

Věkem podmíněná ztráta svalové hmoty je pomalý, ale nezadržitelně progredující proces s nežádoucími důsledky pro další kvalitu života. Oslabení svalové síly výrazně přispívá ke snížení fyzické aktivity, zvyšuje se riziko pádů a četnost zlomenin potenciací procesu osteoporózy, klesá výkonnost dýchacích svalů, snižuje se bazální metabolismus a glukózová tolerance, zhoršuje se termoregulace. Výsledkem je ztráta soběstačnosti starého člověka a jeho závislost na pomoci okolí. Sarkopenie je důležitou příčinou „křehkosti“ seniorů, významně se podílí na morbiditě a mortalitě ve stáří, zvyšuje počet komplikací léčby, prodlužuje dobu hospitalizace a tím přispívá k růstu nákladů za zdravotní péči.
Výsledky studie BIOPSY, tedy poskytnou také lepší porozumění svalové atrofii, ke které dochází u starých, či závažně nemocných lidí na Zemi.

(Foto + Zdroje: NASA,ESA; Fitts RH, Colloton PA, Trappe SW, Costill DL, Bain JL, Riley DA. Effects of prolonged spaceflight on human skeletal muscle enzyme and substrate profiles. Journal of Applied Physiology. September 1, 2013; 115(5):667-679. doi: 10.1152/japplphysiol.00489.2013.;
Bagley JR, Murach KA, Trappe SW. Microgravity-induced fiber type shift in human skeletal muscle. Gravitational and Space Biology. 2012;26:34-40.; 
Fitts RH, Trappe SW, Costill DL, et al. Prolonged spaceflight-induced alterations in the structure and function of human skeletal muscle fibers. Journal of Physiology. 2010;588:3567-3592. doi: 10.1113/jphysiol.2010.188508.; 
Trappe SW, Costill DL, Gallagher PM, et al. Exercise in space: Human skeletal muscle after 6 months aboard the International Space Station. Journal of Applied Physiology. January 15, 2009; 106: 1159-1168. doi: 10.1152/japplphysiol.91578.2008.
http://is.muni.cz/elportal/estud/fsps/js07/fyzio/texty/ch03.html
MUDr. Dana Hrnčiariková, MUDr. Božena Jurašková, Ph. D., prof. MUDr. Zdeněk Zadák, CSc.; Sarkopenie ve stáří: Lékařské listy, 12/2008: http://zdravi.euro.cz/clanek/priloha-lekarske-listy/sarkopenie-ve-stari-389728)

Kosmická technologie pro létající kočky

Ve článku "Na palubě létající nemocnice", který vyšel na webu Armádní Noviny, jsme se podívali do zákulisí práce Critical Care Air Transport Teamu amerického letectva. Létající kočky (od zkratky CCATT), se zabývají odsunem/medicínskou evakuací těžce raněných vojáků z oblastí válečných konfliktů do vojenských nemocnic tzv. vyšší "ROLE". Přepravují např. pacienty z Afghánistánu do vojenské nemocnice v německém Rammsteinu. Pacienti, mnohdy ve velmi vážném stavu, jsou přepravováni letadlem C17-Globemaster III. Během celého transportu jim je věnována intenzivní péče a  jsou monitorovány jejich fyziologické funkce. K tomu je využívána ta nejmodernější lékařská technologie. Technologie, která musí být skladná, spolehlivá, univerzální, snadno přepravitelná a bezpečná.

Proto ani nepřekvapí, že některé z nejmodernějších lékařských přístrojů, které tým CCATT používá, byly vyvinuty v laboratořích

NASA. Astronauti, nejen na palubě Mezinárodní kosmické stanice, ale také budoucí členové mise na Mars, budou potřebovat skladné a kompaktní zařízení, které bude v případě nouze použitelné pro monitoring a podporu životních funkcí těžce raněného, či těžce nemocného astronauta. A tak vědci ze skupiny pokročilých projektů NASA vyvinuli speciální zařízení s názvem Lightweight Trauma Module (LTM). Zařízení v sobě integruje plicní ventilátor, EKG, snímač pro měření saturace kyslíku a oxidu uhličitého, tělesné teploty a má možnost připojení další lékařské techniky. Veškerá data o aktuálním zdravotním stavu mohou  být telemedicínsky přenášena k lékařům do řídícího střediska.
Technologie LTM se osvědčila a nyní je využívána právě při dálkových aeromedicínských transportech zraněných vojáků z fronty.
(Zdroje a foto: NASA, USAF)

 

PUMA chrání astronauty, hasiče, i vážně nemocné

Práce na palubě Mezinárodní kosmické stanice, v prostředí mikrogravitace a výstupy do volného kosmického prostoru , kladou mimořádné nároky na organismus astronautů. Jednak jsou ohroženi postupným ubýváním fyziologických rezerv organismu (tzv. deconditioningem) a také jsou ohroženi akutním selháním techniky či zdravotního stavu při nebezpečných výstupech do volného kosmického prostoru (tzv. EVA-Extra Vehicular Activity). To byl také důvod, který vedl Glennovo kosmické středisko NASA ke spolupráci s Case Western University a Cleveland Clinic, v rámci které vyvinuli zařízení PUMA - neboli Portable Unit for Metabolic Analysis. PUMA je miniaturizovaná jednotka pro vysoce přesný monitoring metabolických parametrů, jako je spotřeba kyslíku, výdej kysličníku uhličitého, měření tepové a dechové frekvence, tělesné teploty a dalších a to vše v reálném čase. Samotné zařízení je miniaturizované a velmi skladné a proto se dá využívat v celé řadě situací a prostředí. Kromě astronautů je určeno pro monitoring zdravotního stavu bojových pilotů, potápěčů, horolezců, hasičů ale také pacientů ve špatném zdravotním stavu. Tato technologie je vhodná např. pro monitoring pacientů s chronickou obstrukční plicní nemocí, tzv.CHOPN, kdy je třeba velmi ostražitě hlídat efektivitu podávání kyslíku.

(foto: NASA)

Kosmická technologie vylepšuje operační metody v neurochirurgii

Experti z laboratoře tryskového pohonu NASA (NASA-JPL) mají, díky práci na Marsovských roverech, bohaté zkušenosti s 3D optikou. Této skutečnosti si byl vědom neurochirurg Hrayr Shananian ze Skull Base Institute, který pracoval na vývoji 3D endoskopické technologie, která je určena pro minimálně invazivní operace mozku. Výsledkem šesti let vzájemné spolupráce pak bylo zařízení, zvané MARVEL: Multi-Angle Rear-Viewing Endoscopic tool, neurochirurgický 3D endoskop, umožňující trojrozměrný pohled v operačním poli milimetrových rozměrů. Obecně se dá říci, že zařízení umožňuje šetrnější postup operací, zvyšuje jejich bezpečnost a umožňuje rychlejší rekonvalescenci pacientů.  

(Foto: Skull Institute, NASA-JPL)

SpaceX a nové experimenty na ISS

8.4. poběhl úspěšný start raketového nosiče Falcon - 9, společnosti SpaceX s nákladní kosmickou lodí Dragon. Tato mise je zajímavá z mnoha hledisek. Podařilo se, že návratový stupeň nosné rakety, poprvé v historii po splnění úkolu, "poslušně" zaparkoval na plovoucí plošině na Zemi. Zajímavým však byl i náklad. Dragon totiž na ISS dopravil nafukovací modul společnosti Bigelow. Ale tím výčet zajímavostí nekončí. Důležitou součástí nákladu bylo také vybavení pro velmi zajímavé lékařsko-biologické experimenty.

Jednak jde o laboratoř WetLab, určenou pro výzkum molekulárních a buněčných mechanismů úbytku svalové a kostní hmoty a také imunitních změn a mikrobiální virulence. Atrofie svalů je nosným tématem experimentu Rodent - 3.

Tento výzkumný projekt se zaměřuje na vývoj protiopatření a léčebných metod, spojených s problematikou svalové atrofie. Tyto metody mají pomoci nejen astronautům při dlouhodobých kosmických misích, ale také lidem na Zemi, kteří trpí chorobami pohybového ústrojí a čelí následkům zranění. 

(Foto: NASA)

TÉMA: Pomoc z vesmíru

Koupit článek můžete zde: Časopis TÉMA (12/2016) Čtvrtek 24.3. 2016

NASA TWINS STUDY: Nové metody kosmické medicíny

Kosmická medicína se s nejnovějšími metodami, jako jsou proteomika, či genomika, posouvá až na molekulární úroveň. TWINS Study a úloha dvojčat, astronautů Scotta a Marka Kellyových, to bylo téma, o kterém jsme si povídali ve Studiu 6 České televize. 
(obr. NASA)