Slovenija s centrifugo vstopa v novo ero vesoljsko-medicinskih raziskav

Da Slovenci blestimo na znanstvenem področju, smo že večkrat dokazali, in tako se je izkazalo tudi tokrat. Evropska vesoljska agencija (ESA) je izbrala kar tri slovenske strokovnjake, ki bodo pomagali pri razvoju splošnih tehnologij in človeških ter robotskih raziskav, o čemer smo že pisali prejšnji teden. Nejc Smrkolj Koželj, Simon Maleja in Adam C. McDonnell so imena, ki bodo do enega leta, lahko pa tudi dlje, del ESINE raziskovalne zgodbe.

Obiskali smo dr. Adama C. McDonnella, člana ekipe Odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko Instituta Jožef Stefan in njegovega sodelavca dr. Igorja B. Mekjavića, vodjo Planiškega laboratorija Instituta Jožef Stefan in laboratorija za okoljsko in ekstremno fiziologijo na Institutu Jožef Stefan, ki tesno sodelujeta že devet let.

McDonnellu je ESA zaupala, da bo v Planiškem laboratoriju Instituta Jožef Stefan pomagal znanstvenikom priti do pomembnih spoznanj, ki bodo med drugim koristila astronavtom med potovanjem na Mars. McDonnell in Mekjavić ter seveda celotna ekipa so namreč s številnimi inter- in multidisciplinarnimi mednarodnimi raziskavami Planiškemu laboratoriju zgradili izjemen ugled. Zato bodo v Planici v naslednjih petih letih raziskovali na področju vesoljske fiziologije in medicine.

In ker je ESA uvedla nov program 'Človeške in robotske raziskave', bo podprla vgraditev centrifuge v Planiškem laboratoriju. Na tej točki nastopi Adam C. McDonnell. V Tehnološkem centru Evropske vesoljske agencije (ESTEC) v Noordwijku na Nizozemskem bo sodeloval pri tem novem programu. Pripravil bo razpis in usklajeval pripravo raziskav v Planiškem laboratoriju.

Koncept centrifuge je pred 80 leti predlagal že Herman Potočnik Noordung

Planiški laboratorij je zaradi številnih inter- in multidisciplinarnih mednarodnih raziskav postal eden od treh centrov v Evropi, kjer bodo v naslednjih petih letih raziskovali na področju vesoljske fiziologije in medicine. Ker je ESA uvedla nov program človeške in robotske raziskave, bo podprla vgraditev centrifuge v Planiškem laboratoriju. Na tej točki nastopi dr. Adam C. McDonnell. V Tehnološkem centru Evropske vesoljske agencije (ESTEC) v Noordwijku na Nizozemskem bo sodeloval pri tem novem programu. Pripravil bo razpis in usklajeval pripravo raziskav v Planiškem laboratoriju.

Znanstveniki bodo nato v Planici iskali odgovore, kako s centrifugo na bodočih vesoljskih plovilih ustvariti umetno težnost. Centrifuga bo simulirala koncept, ki ga je predlagal že slovenski raketni inženir, pionir kozmonavtike Herman Potočnik Noordung v svoji knjigi iz leta 1929. "On je sicer predlagal, da se celotna vesoljska postaja, zgrajena v obliki kolesa, vrti in s tem ustvari težnost 1 G. Pravilno je predvidel, da bo breztežnost imela negativne posledice na fiziološke sisteme," nam je pojasnil profesor Mekjavić.

Koncept Potočnika Noordunga bo zdaj zaživel v sodobni različici

Centrifuga, ki bo vgrajena v bodoča vesoljska plovila in bo tudi v Planici, ima v sredini elektromotor z dvema ročicama. "Na eno ročico se bo lahko ulegel astronavt, oziroma preiskovanec v Planici, z glavo pri elektromotorju. Druga ročica bo protiutež. Z vrtenjem se bo pri nogah ustvarila težnost 1 G. Predvidevamo, da bo z dnevnimi kratkimi cikli centrifugiranja in vajami na centrifugi vpliv breztežnosti manjši," je razložil Mekjavić. Seveda pa morajo pri vsem tem ugotoviti, koliko časa in kako pogosto se mora človek pravzaprav vrteti, da se vpliv breztežnosti zmanjša do želene mere. S centrifugiranjem bi namreč lahko preprečili, da se človeški fiziološki sistemi ne bi prilagodili na breztežnost, na primer ne bi izgubili mišične in kostne mase. "V vesolju te spremembe niso tako nevarne. Težava nastane pri povratku na Zemljo," je dejal McDonnell. Takrat astronavti opazijo, kako so jim ohlapnile mišice, se težje gibajo, se jim je spremenilo telo …

Vpliv breztežnosti na človeški organizem je namreč podoben vplivu daljše neaktivnosti in razbremenitve spodnjih okončin. "Spremembe, ki jih opazimo pri astronavtih po določenem času v vesolju, so enake spremembam, ki jih vidimo pri zdravih ljudeh, ki na Zemlji ležijo enak čas v horizontalnem položaju," je še za boljšo predstavo razložil Mekjavić.

Zato bo ustvarjanje umetne težnosti v vesoljskih plovilih ali na postajah pomembna pridobitev. "Trenutno astronavti izvajajo različne vadbe na vesoljskih postajah, zato da bi preprečiti izgubo mišične in kostne mase. Vaje izvajajo tudi po dve uri in pol na dan. Uspešnost teh vadb je različna. Pri NASI in ESI trenutno razmišljajo, da bi vključili vadbo med centrifugiranjem. Predvidevajo, da bo to bolj učinkovito pri preprečevanju negativnih posledic breztežnosti kot s samo vadbo," je pojasnil McDonnell, kakšne izboljšave bodo lahko prinesli izsledki raziskav.

Na Institutu Jožef Stefan računajo, da bodo astronavti med potovanjem na Mars uporabljali centrifugo v vesoljskem plovilu na način, ki bo med drugim določen z izsledki planiških raziskav.

 Kako si je McDonnell 'prislužil' vstopnico v ESO?

Zanimalo nas je, kako na Institutu Jožef Stefan gledajo na izziv, ki je pred njimi? Priložnost, ki jo je pri ESI dobil njihov strokovnjak McDonnell, je velikopotezno zasnovana in je pomembna s širšega vidika. Laboratorij bo namreč dostopen vsem slovenskim in evropskim znanstvenikom.

Mekjavić nam je pojasnil, da se je zgodba začela sestavljati že leta 2001, ko je s pomočjo direktorja Instituta Jožefa Stefana Jadrana Lenarčiča postavil temelj za raziskovalni program na področju vesoljske fiziologije in medicine v Sloveniji.

Profesor Mekjavić je nato skupaj z direktorjem Zavoda Planica Jelkom Grosom leta 2007 osnoval raziskovalni program v Planici. Leta 2011 je k zgodbi pristopil Adam C. McDonnell. Z ekipo Instituta Jožef Stefan je vgradil simulator višinskih razmer v Olimpijskem športnem centru Planica. Od takrat izvajajo številne raziskave na področjih višinske aklimatizacije alpinistov, uporabe hipoksičnega treninga športnikov in učinek hipoksije (višinskih razmer) na metabolizem. Skupina je tudi razvila klinični algoritem 'Planica' za zdravljenje omrzlin. Te raziskave so podprle ESA, Evropska komisija (7. okvirni program) in Agencija za raziskovalno dejavnost Slovenije (ARRS), kjer so ugotavljali, kako breztežnost vpliva na delovanje fizioloških sistemov, na primer mišic, kosti, srca, ožilja …

Zato je Mekjavić prepričan, da z vgraditvijo centrifuge Slovenija vstopa v novo ero vesoljsko-medicinskih raziskav. "Planica je zdaj uradno ena od treh laboratorijev v Evropi, vključenih v 5-letni program o učinku umetne težnosti pri preprečevanju negativnih posledic breztežnosti. Planiški laboratorij bo postal eksperimentalna platforma za raziskave tudi na drugih področjih. Raziskujemo namreč vpliv hipoksije na prehrano oziroma debelost, učinek visokogorja na sposobnost otrok – ali je denimo pri smučanju večje tveganje za nesrečo … Trenutno pripravljamo raziskavo o preprečevanju izgube mišične mase pri starejših s pomočjo vadbe, prehrane in elektromagnetne stimulacije. Za industrijo smo tudi izvajali različne poskuse – testirali smo nogavic in športno ter alpinistično obutev. Z industrijskimi partnerji razvijamo nove oblačilne sisteme za ekstremne pogoje. Del teh raziskav bo opravljenih tudi v Planici," je pojasnil Mekjavić, kakšne razsežnosti ima sodelovanje z ESO.

McDonnell usmerjal tudi raziskave na Antarktiki

Koordinacija vgraditve centrifuge v Planiški laboratorij bo primarna zadolžitev McDonnella. Poleg tega bo Evropski vesoljski agenciji pomagal usklajevati fiziološke in medicinske raziskave v raziskovalnem centru Concordia na Antarktiki. "Concordia je 1000 kilometrov od obale na nadmorski višini 3200 m. Zaradi nižjega tlaka je delni tlak kisika enak kot na višini 3800 metrov. Na tej postaji izvajamo podobne poskuse kot v Planici. Postaja je v zimskem času odrezana od sveta, zato je učinek osame na posadko enak kot na vesoljski postaji. Trenutno preučujemo spanje in vaskularne (žilne) odzive, naslednjo sezono bomo višinsko aklimatizacijo," je opisal McDonnell, ki bo v prihodnjem letu pomagal tudi drugim evropskim, predvsem pa slovenskim kolegom pri pripravi in izvajanju raziskovalnih nalog v tem centru.