ในการสำรวจและศึกษาอวกาศ แน่นอนว่าการส่งมนุษย์ขึ้นไปในอวกาศนั้นจำเป็นจะต้องมีการพิจารณาทั้งความปลอดภัยและผลกระทบต่างๆที่ตามมาหลังจากที่นักบินอวกาศอยู่ในอวกาศเป็นเวลานานๆ โดยนาซ่า (NASA) ได้มีโครงการวิจัยผลกระทบดังกล่าว
รูปที่ 1. การศึกษาฝาแฝดในอวกาศและบนโลกมาร์ค เคลลี ด้านซ้ายและสกอตต์ เคลลี่ ด้านขวา (อ้างอิง: Flickr)
นี่คือโครงการการศึกษาฝาแฝด (Twins Study) บนโลกและในอวกาศ เนื่องจากฝาแฝดนั้นมีลักษณะรูปร่างหน้าตาที่เหมือนกันแล้วนั้น แฝดแท้โดยทั่วไปจะพบว่ามีดีเอ็นเอ (DNA) ที่มีความเหมือนกันถึง 99.99% ทำให้นาซ่าและทีมวิจัยอีก 10 ทีมจากทั่วประเทศมารวมตัวกันเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยา ระดับโมเลกุล และความรู้ความเข้าใจที่อาจจะเกิดขึ้นกับมนุษย์จากการสัมผัสกับอันตรายจากการบินในอวกาศ สิ่งนี้ทำได้โดยการเปรียบเทียบนักบินอวกาศที่เกษียณอายุ มาร์ค เคลลี (Mark Kelly) ทำหน้าที่อยู่บนโลกและน้องชายฝาแฝดของเขาที่เป็นนักบินอวกาศที่เกษียณอายุแล้ว สกอตต์ เคลลี่ (Scott Kelly) ถูกส่งขึ้นไปอยู่ในอวกาศ
ผลการศึกษาฝาแฝดเผยให้เห็นข้อมูลที่น่าสนใจและให้ความมั่นใจในเชิงบวกว่าร่างกายมนุษย์สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในอวกาศได้อย่างไร โดยนาซ่าได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับร่างกายหลังจากผ่านไปเป็นเวลา 6 เดือน บนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) ซึ่งเป็นเวลาของภารกิจส่วนใหญ่ แต่ภารกิจของสกอตต์นั้นใช้เวลานานถึง 340 วัน หรือประมาณ 1 ปี เพื่อดูความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นและเพื่อศึกษาการอยู่ในอวกาศเป็นเวลานานสำหรับการเดินทางไกลเช่นภารกิจสู่ดาวอังคารซึ่งอาจใช้เวลาถึง 3 ปี สำหรับการเดินทางไปกลับ
นาซ่าตระหนักดีว่า นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่เป็นการเปรียบเทียบโปรไฟล์ระดับโมเลกุลของนักบินอวกาศแฝดที่เหมือนกัน เนื่องจากฝาแฝดที่เหมือนกันจะมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเหมือนกัน การศึกษาทั้งคู่จึงเป็นหนทางสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการสำรวจว่าสุขภาพของเราได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมรอบตัวเราอย่างไร โดยไม่ขึ้นกับความแปรผันทางกายภาพที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สกอตต์จัดเตรียมการทดสอบเพื่อวัดในอวกาศ และมาร์กได้จัดเตรียมการทดสอบพื้นฐานเพื่อเปรียบเทียบการวัดเหล่านั้นบนโลก ซึ่งผลลัพธ์จากทีมวิจัยทั้ง 10 ทีม สรุปได้ดังนี้
รูปที่ 2. การตรวจเลือดและตรวจร่างกาย (อ้างอิง: NASA, Flickr)
การเปลี่ยนแปลงระดับดีเอ็นเอที่ปลายสายที่เรียกว่าเทโลเมียร์ (Telomeres) ที่มีหน้าที่ปกป้องโครโมโซมของเรา โดยปกติแล้วความยาวเทโลเมียร์มักจะสั้นลงเมื่อเราอายุมากขึ้น ซึ่งบางครั้งก็ขึ้นอยู่กับไลฟ์สไตล์ ความเครียด และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมก็อาจจะส่งผลต่ออัตราการเกิดภาวะสั้นลงได้เช่นกัน โดยการค้นพบที่น่าทึ่งที่สุดชิ้นหนึ่งจากการศึกษาฝาแฝดของนาซ่า คือสกอตต์ประสบกับการเปลี่ยนแปลงของความยาวเทโลเมียร์ระหว่างที่อยู่ในอวกาศ แต่ภายในไม่กี่วันหลังจากที่กลับมายังโลกก็กลับสู่ปกติ ผลลัพธ์จากการตรวจสอบนี้อาจช่วยประเมินสุขภาพโดยทั่วไปและระบุความเสี่ยงที่อาจจะเกิดขึ้นในระยะยาว
ลักษณะของยีน (Gene) ที่เปลี่ยนแปลงไปเปรียบเทียบระหว่างก่อนการเดินทาง ในขณะที่อยู่ในอวกาศ และหลังจากภารกิจของสก็อตต์ เผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงบางอย่างของยีน มาร์คมีลักษณะของยีนเป็นปกติบนโลก แต่สกอตต์มีลักษณะของยีนเปลี่ยนแปลงไปมากถึงประมาณ 91.3% โดยส่วนใหญ่จะเปลี่ยนกลับเป็นปกติเมื่อเขากลับมายังโลก แต่ก็ยังคงมีบางส่วนที่ใช้เวลานานถึง 6 เดือน ซึ่งความเสียหายของดีเอ็นเอที่สังเกตได้ บางส่วนเชื่อว่าเป็นผลมาจากการได้รับรังสี โดยข้อมูลการแสดงออกของยีนยืนยันและสนับสนุนการค้นพบอื่นๆในการศึกษาฝาแฝด ซึ่งรวมถึงการตอบสนองของร่างกายต่อความเสียหายของดีเอ็นเอ การควบคุมเทโลเมียร์ การสร้างกระดูก และความเครียดของระบบภูมิคุ้มกัน
ปกติแล้วสกอตต์จะได้รับวัคซีนไข้หวัดใหญ่ 3 ครั้ง ในแต่ละปี โดยครั้งแรกได้รับวัคซีนบนโลกก่อนจะขึ้นไปในอวกาศ ครั้งที่ 2 ได้รับวัคซีนในอวกาศซึ่งนับว่าเป็นครั้งแรกที่นักบินอวกาศได้รับวัคซีนขณะอยู่ในอวกาศ และครั้งที่ 3 บนโลก การศึกษานี้พบว่าร่างกายของสก็อตต์ตอบสนองต่อวัคซีนอย่างเหมาะสม นี่เป็นการค้นพบที่สำคัญเพราะช่วยให้นาซ่ามีความมั่นใจมากขึ้นว่าระบบภูมิคุ้มกันตอบสนองอย่างเหมาะสมในอวกาศ หากจำเป็นต้องใช้วัคซีนในระหว่างภารกิจระยะยาว
รูปที่ 3. การฉีดวัคซีนไข้หวัดใหญ่ของสกอตต์ เคลลี่ ที่เป็นครั้งแรกที่นักบินอวกาศได้รับวัคซีนขณะอยู่ในอวกาศ (อ้างอิง: Flickr)
ประสิทธิภาพการรับรู้ของสก็อตต์เรื่องความเร็วและความแม่นยำลดลงอย่างเห็นได้ชัด หลังจากที่เขากลับมายังโลกและคงอยู่เป็นเวลา 6 เดือน ซึ่งอาจจะเกิดจากการรับแสงและแรงโน้มถ่วงของโลก และพบว่ามวลกายของสกอตต์ลดลง 7% ระหว่างที่อยู่ในอวกาศ ซึ่งอาจจะเกิดจากการออกกำลังกายที่เพิ่มขึ้นและการควบคุมโภชนาการในระหว่างปฏิบัติภารกิจ แต่เขาก็ยังบริโภคแคลอรี่น้อยกว่าที่นักวิจัยคาดการณ์ไว้ประมาณ 30% การสลายตัวของกระดูกของเขาเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วขึ้นในช่วง 6 เดือนแรก ที่เขาอยู่ในอวกาศ แต่ช้าลงในช่วงครึ่งหลังเมื่อปริมาณการออกกำลังกายของเขาลดลง ค่าเคมีของตัวอย่างเลือดและปัสสาวะของเขาบ่งชี้ว่าสถานะโฟเลตของเขาอยู่ในระดับต่ำก่อนที่จะเดินทาง แต่จะเพิ่มขึ้นในระหว่างที่อยู่ในอวกาศ น่าจะเป็นเพราะการเลือกกินอาหารที่ดีขึ้นจากระบบอาหารในอวกาศ ซึ่งโฟเลตมีหน้าที่สำคัญมากมายในร่างกาย รวมทั้งสนับสนุนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ
การศึกษาแบคทีเรียในลำไส้ที่เรียกว่า ไมโครไบโอม (Microbiome) พบว่ามีความแตกต่างอย่างมากระหว่างที่อยู่บนโลกกับในอวกาศ ซึ่งอาจจะเป็นเพราะอาหารที่เขาบริโภคขณะอยู่บนสถานีอวกาศ โดยส่วนใหญ่เป็นอาหารสำเร็จรูปแบบแห้งแช่แข็งหรือแบบที่มีความเสถียรทางความร้อน แต่เมื่อเขากลับมายังโลกก็กลับสู่สถานะเป็นปกติ จากการศึกษานี้อาจจะช่วยให้นักวิจัยมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีการช่วยปรับปรุงสุขภาพโดยรวม เช่น การปรับอาหารของนักบินอวกาศเพื่อช่วยให้แบคทีเรียที่ดีที่เป็นประโยชน์เจริญเติบโตขึ้น
การศึกษาครั้งนี้ศึกษาว่าสภาพแวดล้อมของฝาแฝดมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงเมทิลเลชั่นของดีเอ็นเอ (DNA Methylation) ซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่างในร่างกาย นักวิจัยพบว่าสกอตต์ประสบกับการเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติก (Epigenetic) ในอวกาศ แต่ระดับของการเปลี่ยนแปลงนั้นไม่มากไปกว่ามาร์กที่อยู่บนโลก นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของสก็อตต์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นหลังจากเวลาผ่านไปแล้ว 6 เดือน ในภารกิจ ซึ่งจะไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงในภารกิจที่สั้นกว่านี้ เซลล์เม็ดเลือดขาวของสกอตต์เผยให้เห็นยีนหรือบริเวณของจีโนม ซึ่งเมทิลเลชั่นของดีเอ็นเอถูกเปลี่ยนแปลงในระหว่างที่อยู่ในอวกาศ แต่กลับสู่ปกติหลังจากที่กลับมายังโลก แต่นั้นเกิดขึ้นชั่วคราวหรือยาวนานยังคงที่จะต้องศึกษาต่อ นอกจากนี้ยังสามารถช่วยระบุมาตรการป้องกันที่อาจจะส่งผลต่อสุขภาพของนักบินอวกาศได้ดีกว่าเดิม
รูปที่ 4. การศึกษาและวิเคราะห์ข้อมูลฝาแฝดในอวกาศและบนโลก (อ้างอิง: NASA)
การศึกษาเมตาโบโลมิกส์ (Metabolomics) เป็นการหดตัวของผนังหลอดเลือดภายในเนื่องจากการสะสมของคราบจุลินทรีย์ ซึ่งอาจจะเกิดจากการอักเสบและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างการบินในอวกาศ โดยใช้อัลตราซาวนด์และสุ่มตัวอย่างจากเลือดและปัสสาวะ นักวิจัยพบการอักเสบบนผนังในหลอดเลือดแดงที่หนาขึ้นของสก็อตต์ในระหว่างที่อยู่ในอวกาศและทันทีหลังจากภารกิจของเขา แต่มาร์คไม่พบการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว การปรับตัวนี้จะย้อนกลับได้หรือไม่นั้นยังคงต้องพิจารณา ผลลัพธ์จากการศึกษานี้ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจถึงผลกระทบของการบินอวกาศระยะยาวที่ส่งผลต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดได้ดีขึ้น
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของของเหลวในร่างกาย โปรตีโอมิกส์ (Proteomics) ซึ่งเป็นโครงสร้างของดวงตาและโปรตีนในปัสสาวะ เพื่อดูว่าการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของของเหลวอาจส่งผลต่อปัญหาการมองเห็นของนักบินอวกาศบางคนหรือไม่ พวกเขาพบว่าโปรตีนเอคิวพีทู (AQP2) เป็นตัวควบคุมการดูดซึมน้ำในร่างกายและเป็นตัวบ่งชี้ที่มีประโยชน์ของความชุ่มชื้นหรือสถานะการคายน้ำ ซึ่งโปรตีนเอคิวพีทูของสกอตต์ถูกยกระดับขึ้นในอวกาศ เมื่อเทียบกับมาร์คบนโลก ผลลัพธ์เหล่านี้ช่วยไขปริศนาเกี่ยวกับปัญหาการมองเห็นระหว่างการบินในอวกาศ
การวิเคราะห์ข้อมูลโอมิกส์ (Integrative Omics) เพื่อศึกษาระบบและกลไกการทำงานของเซลล์ได้ตรวจสอบข้อมูลชีวการแพทย์และโมเลกุลทั้งหมด ที่รวบรวมจากทีมวิจัยอีกเก้าทีมเพื่อสร้างมุมมองที่ครอบคลุมที่สุดเพียงอย่างเดียวว่าร่างกายมนุษย์ตอบสนองต่อยานอวกาศอย่างไร นักวิจัยพบสัญญาณบ่งชี้การอักเสบที่ชัดเจนสามประการในสก็อตต์ในอวกาศ
ผลการวิจัยจากการศึกษาฝาแฝดอาจจะถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาวิธีการรักษาแบบใหม่ๆ และมาตรการป้องกันสำหรับความเสี่ยงด้านสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับความเครียดบนโลก ตัวอย่างเช่น การวิจัยเทโลเมียร์อาจจะช่วยปรับปรุงความพยายามในการบรรเทาผลกระทบของความชราภาพและโรคภัยไข้เจ็บ การวิจัยโปรตีโอมิกส์อาจมีนัยสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับการบาดเจ็บที่สมองที่กระทบกระเทือนจิตใจ การวิจัยในนักบินอวกาศสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ว่าการเปลี่ยนแปลงในร่างกายเกี่ยวข้องกับปัจจัยเสี่ยงของโรคอย่างไร นี่เป็นเพียงไม่กี่วิธีที่การวิจัยยานอวกาศสามารถช่วยมนุษยชาติได้
โครงการวิจัยในมนุษย์ของนาซ่ามุ่งมั่นที่จะค้นพบวิธีการและเทคโนโลยีที่ดีที่สุดในการสนับสนุนการเดินทางในอวกาศของมนุษย์อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ช่วยให้สามารถสำรวจอวกาศได้โดยลดความเสี่ยงต่อสุขภาพและประสิทธิภาพของนักบินอวกาศโดยใช้ศูนย์วิจัยภาคพื้นดินและสถานีอวกาศนานาชาติ สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาและการส่งมอบโครงการสำรวจทางชีวการแพทย์ที่เน้น ด้านสุขภาพของมนุษย์ ประสิทธิภาพการทำงานและความสามารถในการอยู่อาศัย การพัฒนามาตรการรับมือและการแก้ปัญหาการลดความเสี่ยง และความสามารถในการอยู่อาศัยขั้นสูงและเทคโนโลยีสนับสนุนทางการแพทย์ ซึ่งโครงการนี้ยังสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในมนุษย์ที่เป็นนวัตกรรม โดยให้ทุนสนับสนุนการวิจัยมากกว่า 300 ทุน แก่มหาวิทยาลัย โรงพยาบาลและศูนย์ต่างๆ แก่นักวิจัยกว่า 200 คน ในกว่า 30 รัฐ
อ้างอิง: NASA
