Az űrrepülés olyan extrém körülményeket teremt, melyek együttes hatása példátlan kihívás az emberi emésztőrendszer számára. Nem csoda, hogy a tudósok kiemelt figyelemmel kísérik az űrhajósok gyomrának és bélrendszerének állapotát a küldetések előtt, alatt és után.
Az űrutazás extrém körülményei nemcsak a csontokra és izmokra hatnak, hanem az emésztőrendszert is próbára teszik. Hogyan változik az emésztés súlytalanságban? Milyen élettani változások zajlanak le a bélrendszerben, a hasznos baktériumok közösségében (mikrobiomban), vagy épp a máj működésében, ha kilépünk a Föld vonzásából?
Ezek a kérdések nem csupán tudományos kíváncsiságból fontosak – az űrbéli emésztés kutatása izgalmas felismeréseket hoz, amelyek az emberi gasztroenterológia fejlődését is előmozdíthatják. Vajon milyen hatások érik az űrhajósok emésztőrendszerét, milyen kutatási eredmények születtek (például a NASA híres Twins Study, az ISS fedélzetén végzett Rodent Research kísérletek, vagy a földi Mars500 szimuláció), és miért hasznos mindez a földi gyógyítás szempontjából.
Az űrutazás extrém hatásai az emésztőrendszerre: fókuszban a gasztroenterológia
Az emberi test evolúciója a földi körülményekhez alkalmazkodott, így az űrutazás különleges kihívásokat jelent a szervezet számára. Nézzük meg, mely tényezők azok, melyek leginkább befolyással vannak az emésztőrendszer működésére az űrben.
Súlytalanság (mikrogravitáció)
A gravitáció hiánya megváltoztatja a folyadékok eloszlását és a belső szervek helyzetét. Bár a bélmozgás (perisztaltika) alapvetően izomműködésen alapul, a mikrogravitációban a táplálék lassabban halad a belekben. Sok űrhajós kezdetben rosszullétet tapasztal (hányinger, étvágytalanság), és gyakori a székrekedés is. Az űrben a székletürítés gyakran lassabb, a székrekedés is gyakoribb, míg a hasmenés ritkább – valószínűleg mert a súlytalanságban a gyomor-bél traktus „furcsa pózban” van, és az induláskor fellépő enyhe kiszáradás is székrekedést okozhat. A NASA űrorvosai az első napokban kiemelt figyelmet fordítanak arra, hogy az űrhajós megfelelően egyen és ürítsen; ha megszűnik a székrekedés, az annak a jele, hogy a szervezet kezd alkalmazkodni.
Steril, zárt környezet és speciális étrend
Az űrállomás környezete rendkívül tiszta és zárt. Mivel a levegő szűrt, az űrállomás felszínét rendszeresen fertőtlenítik, és az űrhajósok előre csomagolt, tartósított ételeket fogyasztanak. Ennek következtében jóval kevesebb új baktériummal találkoznak, mint a Földön. A bélrendszerünkben élő több trillió baktérium összetétele (a bélmikrobiom) érzékeny az étrendre és a környezeti mikrobákra. Az űrutazás során a mikrobiom diverzitása (sokfélesége) csökkenhet, mert az űrhajós nem fogyaszt friss gyümölcsöt-zöldséget (melyek baktériumokat is hordoznak), és nem érintkezik változatos környezeti mikrobákkal. Az űrállomás egy „steril buborékként” is értelmezhető, ami megváltoztathatja a hasznos és káros baktériumok arányát a belekben.
Kozmikus sugárzás
A Föld légköre és mágneses mezeje megvéd minket a világűr sugárzásának nagy részétől. Az űrhajósok – különösen a hosszú küldetéseken és a Föld védelmén kívül, például egy Mars-utazás során – jóval nagyobb dózisú ionizáló sugárzásnak vannak kitéve. Ez a sugárzás károsíthatja az emésztőrendszer sejtjeit is. Kutatások kimutatták, hogy a világűrben jelenlevő kozmikus sugárzás (például nehéz ionok) maradandó elváltozásokat okozhat az emésztőrendszerben: egereknél a sugárzás hatására romlott a tápanyagok felszívódása, lelassult a bél szöveteinek természetes megújulása, és rákmegelőző elváltozások (polipok, daganatok) is kialakultak. A sugárzás nyálkahártya-károsodást és gyulladásos folyamatokat indíthat be a bélfalban, ami hosszú távon növelheti például a vastagbélrák kockázatát.
Stressz és izoláció
Az űrrepülés pszichésen is rendkívül megterhelő. Az elszakadás a Földtől, a családtól, az ismerős környezettől, az izoláció, a bezártság érzése, a kis térben való állandó összezártság a társakkal, a folyamatos készenlét és a veszély állandó jelenlétének tudata mind intenzív stresszforrást jelentenek az űrhajósok számára. Jól ismert, hogy a stressz már a Földön is komoly hatással van az emésztőrendszerre – sokan tapasztalnak gyomorgörcsöt, hányingert, hasmenést vagy épp székrekedést stresszes helyzetekben. Az űrben ez még fokozottabban érvényesülhet: a pszichés stressz megzavarhatja a bél-agy tengely egyensúlyát, felborítva a normál emésztési folyamatokat, megváltoztatva a bélmozgásokat, és akár a bélflóra egészséges összetételét is károsan befolyásolhatja. Ezért az űrhajósok pszichés támogatása nemcsak mentális egészségük, hanem emésztőrendszerük egészséges működése szempontjából is kiemelt jelentőségű.
Például a 17 hónapos orosz Mars500 izolációs kísérletben (ami a hosszú távú űrutazást szimulálta a Földön) a kutatók úgy találták, hogy a vizsgálatba bevont önkéntesek bélmikrobiomjában bekövetkező változások hátterében nagy valószínűséggel a tartós bezártság okozta stressz állt.
Hogyan változik a bélműködés és a bélflóra?
Az űrhajósok beszámolói és az orvosi megfigyelések szerint a bélműködés (az emésztés ritmusa, a széklet gyakorisága és állaga) megváltozik az űrben. Ahogy korábban említettük, a székrekedés gyakoribb lehet az első napokban a súlytalanság miatt,
A gravitáció hiánya miatt a gyomorban és a belekben lévő gázok és folyadékok egészen másképpen viselkednek, mint a Földön megszoktuk. Érdekesség például, hogy az űrhajósok súlytalanságban nem képesek büfögni, mivel a gyomorban lévő levegő és folyadék nem különül el könnyedén, hanem keveredve marad. Emiatt a gyomorteltség érzése, illetve a puffadás vagy a gázképződés is eltérő élmény lehet az űrben.
Jó hír azonban, hogy a belek mozgása – némi alkalmazkodási idő után – nem változik drasztikusan a Földön megszokotthoz képest. A bélműködés gyakorisága idővel visszatér a normális ritmushoz, igaz, az űrbéli életmód sajátosságai (például az űrtoalett használatának nehézségei vagy az űrhajósok szigorú napirendje) miatt a folyamat fokozott figyelmet, rutint és gondos tervezést igényel.
Ennél is izgalmasabb azonban, ami mikroszkopikus szinten, a bélrendszer láthatatlan lakóközösségében történik. A bélflóra – vagy modern szóval bélmikrobiom – összetétele érzékenyen reagál az étrend és a környezet változásaira. A NASA több emberi és állatkísérletben is vizsgálta, hogyan alakul át a mikrobiom az űrben.
NASA Ikertanulmány (Twins Study)
Az egyik legismertebb kutatás során Scott Kelly űrhajós egy teljes évet töltött a Nemzetközi Űrállomáson, míg ikertestvére, Mark Kelly a Földön maradt kontrollszemélyként. A kísérlet során a kutatók többek között azt vizsgálták, hogyan változik meg az űrutazás hatására a bélflóra összetétele.
Az eredmények szerint Scott bélmikrobiomja jelentős változásokat mutatott az űrben töltött egy év alatt, azonban ezek nem voltak káros hatásúak. Ráadásul, ami különösen megnyugtató: a mikrobiom összetétele a Földre való visszatérés után néhány hónapon belül visszaállt a normális állapotra.
A kutatók megfogalmazása szerint Scott mikrobiomja egyfajta „űrbéli lenyomatot” kapott – azaz a baktériumok aránya megváltozott ugyan, de továbbra is megőrizte jellegzetes, egyéni összetételét. A tanulmány így azt igazolja, hogy az emberi mikrobiom meglepően rugalmas és képes regenerálódni, még az olyan extrém körülmények után is, mint a hosszan tartó űrutazás.
Állatkísérletek az ISS-en
A NASA egereket is küldött az űrállomásra (Rodent Research), hogy megfigyeljék, hogyan változik meg a bélflóra súlytalanságban. Már néhány hét után kiderült, hogy több tucat baktériumfaj aránya eltolódik az űrben. Különösen azok a hasznos baktériumok csökkentek, amelyek a rostok lebontásából származó jótékony anyagokat termelik.
Ezzel párhuzamosan megnőtt egyes olyan baktériumok száma, amelyek zsírsav- és epesav-anyagcserében vagy antibiotikum-rezisztenciában játszanak szerepet. A kutatók szerint ez a bélflóra-eltolódás hozzájárulhatott bizonyos egészségügyi problémákhoz az egerekben – és hasonló folyamatok az embereket is érinthetik hosszabb űrutazások
MARS500: mit tett a bélflórával a hosszú bezártság?
A Mars500 egy földi kísérlet volt, amely során hat ember 520 napon át élt teljes izolációban, hogy szimulálják egy oda-vissza Mars-utazás körülményeit. A kutatók folyamatosan monitorozták a résztvevők egészségét, köztük bélflórájuk alakulását is.
Egy 2021-es elemzés kimutatta, hogy a hosszú távú bezártság jelentős változásokat idézett elő minden résztvevő bélflórájában: erőteljesen lecsökkent azoknak a hasznos baktériumoknak (például Faecalibacterium prausnitzii és Roseburia faecis) a száma, amelyek kulcsszerepet játszanak a rostok lebontásában, a tápanyagok hasznosításában és a gyulladás megelőzésében. E baktériumok hiánya összefüggést mutat bizonyos bélgyulladásos állapotokkal.
A bélflóra átalakulása mellett a vérben is megjelentek enyhe gyulladásos jelek, és nőtt néhány olyan baktérium aránya, amelyeket eddig nem sikerült pontosan azonosítani vagy laboratóriumban vizsgálni. Ezek egészségügyi hatása még nem tisztázott. A mikrobiom változásait a kutatók összefüggésbe hozták egyéb megfigyelt tünetekkel is, például az enyhén emelkedett éhgyomri vércukorszinttel (a prediabétesz határához közeli értékekkel), illetve az izomtömeg csökkenésével.
Mindez arra utal, hogy hosszú távú űrutazás – vagy akár annak földi szimulációja során – a bezártság, a mesterséges környezet és a megváltozott étrend jelentősen befolyásolja a bél mikrobiális ökoszisztémáját. Az egyensúly felborulásával előtérbe kerülhetnek olyan opportunista mikrobák is, amelyek normál körülmények között ártalmatlanok, de ebben az új helyzetben elszaporodva emésztési problémákat vagy gyulladásokat válthatnak ki.
Az eddigi kutatások biztató eredménye azonban, hogy a mikrobiális változások legalább részben visszafordíthatók: az űrhajósok mikrobiomja a Földre való visszatérés után újra egyensúlyba kerül. Mindazonáltal ezekre a változásokra kiemelten figyelni kell hosszú távú küldetések során, mivel átmenetileg komoly hatással lehetnek az emésztőrendszerre, az anyagcserére és az egész szervezetre.
Májműködés és anyagcsere az űrben
Az emésztőrendszer és a máj szorosan együttműködik: a máj dolgozza fel a bélből felszívódó tápanyagokat, méregtelenít és epét választ ki az emésztés elősegítésére. Éppen ezért, ha az emésztési folyamatok megváltoznak, az a májat és az anyagcserét is érinti. Űrbéli kísérletek során számos érdekes anyagcsere-változásra derült fény. Az ISS-en végzett egérkísérletek kimutatták, hogy már néhány hét mikrogravitáció is inzulinrezisztenciához hasonló tüneteket váltott ki: a sejtek kevésbé reagáltak hatékonyan az inzulinra, jelezve a cukoranyagcsere zavarát. Emellett ezeknél az egereknél a zsírmáj korai stádiumára jellemző elváltozásokat is észleltek, különösen a májban lévő zsírok és epesavak anyagcseréjének megváltozott génaktivitása alapján. Fontos megjegyezni, hogy az űrben tartózkodó egerek nem táplálkoztak másképp, mint földi társaik, így a változásokat valószínűleg a súlytalanság okozta stressz és a mikrobiom átalakulása okozta. A bélflóra módosulása közvetlenül hatással van arra, hogyan dolgozza fel a szervezet a cukrokat és zsírokat, és emiatt kihat az inzulinérzékenységre is.
Hasonló következtetéseket vontak le a Mars500 emberi kísérletből is. Az izolációval eltöltött 17 hónap végére a résztvevők anyagcseréje lelassult, testsúlyuk és izomtömegük csökkent, valamint éhgyomri vércukorszintjük a normál felső határát közelítette. Az eredmények szerint az anyagcsere egy energiatakarékosabb üzemmódra állt át, vélhetően a krónikus stressz és az étrendi változások miatt. A kutatók kapcsolatot találtak ezen metabolikus eltérések és a bélflóra összetételének változása között, például a Faecalibacterium prausnitzii csökkenésével, ami alátámasztja a gyulladásos folyamatok és az inzulinrezisztencia kialakulását.
A jelenlegi kutatási eredmények szerint tehát a hosszú távú űrutazások során megfigyelt máj- és anyagcsere-eltérések szorosan összefüggenek a bélflóra változásaival. A bélbaktériumok által termelt anyagok – például rövid láncú zsírsavak, epesavak vagy vitaminok – folyamatosan hatnak az anyagcserére. Ha a mikrobiális közösség megváltozik, a máj is más „alapanyagokat” kap, így működése átalakulhat. Az űrutazás ezért egyedülálló lehetőséget biztosít annak megértésére, hogy a gravitáció és környezeti tényezők milyen alapvető szerepet töltenek be az egészséges anyagcsere fenntartásában.
„Szivárgó bél” az űrben – a béláteresztőképesség és az immunrendszer
Az utóbbi években nagy figyelmet kapott a bélfal áteresztőképessége, más néven a „szivárgó bél” jelensége. Ez a jelenség azt jelenti, hogy a normál esetben szorosan kapcsolódó bélhámsejtek között rések jönnek létre, így olyan anyagok – például félig megemésztett élelmiszerek vagy baktériumok toxinjai – jutnak a véráramba, amelyeknek normális körülmények között nem lenne szabad. Ez gyulladáshoz és más egészségügyi problémákhoz vezethet, különösen erős stressz vagy antibiotikum-kezelések után a Földön is előfordulhat ilyen állapot. Felmerül a kérdés: vajon az űrutazás is kiválthat-e hasonló jelenséget?
Egy 2024-es kutatás szerint az űrhajósoknál valóban előfordulhat szivárgó bél szindróma a küldetések alatt. A tanulmány humán és egér adatok alapján kimutatta, hogy az űrben csökken azoknak a géneknek az aktivitása, amelyek a bélgát funkciójáért felelnek. Az űrhajósok bélsejtjei kevesebb összetartó és védő nyáktermelő (mucin) fehérjét termeltek, és gyengült az immunrendszer és a bélflóra közötti kölcsönhatás is. Az egerek esetében hasonló eltéréseket találtak: zavart szenvedett a gyulladás szabályozása és a nyáktermelést biztosító gének működése.
A tanulmány két űrbéli egérkísérlet székletmintáinak vizsgálatakor jelentős változásokat mutatott ki a mikrobiomban: csökkent a hasznos, rövid láncú zsírsavakat termelő baktériumok aránya, miközben megnőtt bizonyos Gram-negatív baktériumok – például a Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella és Proteus törzsek – száma. Ezek a baktériumok lipopoliszacharidokat (LPS) tartalmaznak, amelyek erős immunreakciót és gyulladást váltanak ki, ha bekerülnek a vérkeringésbe. A kutatók szerint ez a változás ideális feltételeket teremt a bélgát sérülésére és az általános gyulladásos folyamatok kialakulására.
Ezek az eredmények alátámasztják azt a feltételezést, hogy az űrutazás alatt a bélfal védelmi rendszere érzékenyebbé válik. Ez összhangban áll más űregészségügyi tapasztalatokkal is, például az űrhajósok immunrendszerének gyengülésével és a gyulladásos folyamatok fokozódásával.
Fontos azonban hangsúlyozni, hogy ezek a jelenségek nem okoznak súlyos betegségeket az űrhajósoknál, inkább enyhe, finom eltérések, amelyek növelhetik bizonyos kockázatok (például emésztőrendszeri fertőzés vagy gyulladás) előfordulását. Megfelelő étrenddel, étrend-kiegészítőkkel, probiotikumokkal és stresszkezelési módszerekkel ezek a hatások valószínűleg enyhíthetők. Összességében tehát a bélrendszer védelme kiemelten fontos az űrhajósok egészségének megőrzése érdekében.
Miért izgalmas az űrhajósok emésztése?
Mert tükröt tart az emberi test működésének. A súlytalanság, a steril űrkörnyezet, a kozmikus sugárzás és a pszichés terhelés olyan folyamatokat hoznak felszínre a bélrendszerben, amelyeket itt a Földön nem – vagy csak nagyon nehezen – tudnánk megfigyelni.
A NASA és más űrügynökségek kutatásai – a híres Twins Study megfigyeléseitől kezdve a genetikai vizsgálatokon és egérkísérleteken át egészen a hosszú távú izolációs tesztekig – mind azt szolgálják, hogy felkészüljünk az emberiség jövőbeli űrutazásaira. Ugyanakkor ezek a vizsgálatok a földi orvoslást is segítik. Rávilágítanak azokra az apró, de fontos tényezőkre, amelyek a bélrendszer egészségének megőrzésében kulcsszerepet játszanak. Lehet, hogy a jövőben egy olyan probiotikum lesz a megoldás egy makacs bélgyulladásra, amit először az űrhajósoknál teszteltek sikerrel – vagy épp fordítva: a földi gasztroenterológia eredményei segítenek abban, hogy az első emberek biztonsággal jussanak el a Marsra és vissza.
(Forrás: Gasztroklinika)
Űrutazás, mikrobiom és emésztés – tanulságok az űrből a Földre
