Mały krok w technice, duży krok dla ochrony zdrowia

Operacje w kosmosie

Astronauci przebywający w kosmosie chorują tak samo jak ludzie na Ziemi, a do tego narażeni są na wiele dodatkowych problemów wynikających z braku grawitacji: zanik mięśni, osłabienie kości, choroby układu sercowego. Wprawdzie w każdej misji kosmicznej bierze udział lekarz, ale jego możliwości są ograniczone. Pierwszym wyzwaniem jest przestrzeń. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), oddalonej o 400–500 km od Ziemi, liczy się każdy wolny centymetr i nie ma mowy o zabraniu ze sobą rozbudowanego sprzętu medycznego. Z kolei zorganizowanie nieplanowanego powrotu na Ziemię, aby hospitalizować astronautę, może zająć kilka miesięcy, dlatego osoby kwalifikowane do misji pozaziemskich muszą cieszyć się idealnym zdrowiem.

Naukowcy od dawna pracują nad rozwiązaniami pozwalającymi świadczyć usługi medyczne na odległość. Telemedycyna na ISS jest standardem i lekarz internista może skonsultować się ze specjalistami na Ziemi. W lutym 2024 r. nastąpił kolejny przełom w medycynie kosmicznej – na ISS wykonano pierwszą symulację operacji z wykorzystaniem miniaturowego robota chirurgicznego. Projekt jest częścią badań medycznych programu Artemis. Amerykańska Agencja Kosmiczna NASA planuje w 2026 r. ponowne lądowanie na Księżycu w celu zbudowania bazy do ewentualnej dalszej eksploracji Marsa.

Dwuramienny robot operacyjny SpaceMIRA waży zaledwie 0,9 kg. Zespół medyków może kontrolować jego ruchy mimo opóźnienia w przesyłaniu sygnału, które między Księżycem a Ziemią wynosi 2 sekundy. Na razie chirurdzy przeprowadzili prosty test polegający na precyzyjnym przecięciu gumki, ale to ogromny krok na drodze do operacji w kosmosie sterowanych z Ziemi. Naukowcy mają nadzieję, że w ten sposób będzie można zoperować np. wyrostek robaczkowy astronauty, znacznie podnosząc bezpieczeństwo misji.

Poza polem grawitacji

W kosmosie nie można zamówić brakującego narzędzia chirurgicznego albo protezy. Od tego są biodrukarki 3D potrafiące tworzyć struktury kostne. Naukowcy pracują też nad biodrukiem np. skóry.

Ludzie przebywający w kosmosie narażeni są nie tylko na choroby występujące na Ziemi i wymagające operacji, lecz także na ryzyko zdrowotne związane ze stanem nieważkości. Nieobciążone własnym ciężarem kości tracą gęstość, a mięśnie zanikają. Dlatego kosmonauci muszą systematycznie wykonywać ćwiczenia na specjalnych urządzeniach. Niektóre zainspirowały twórców urządzeń rehabilitacyjnych, takich jak bieżnie antygrawitacyjne.

Pobyt w kosmosie wykorzystywany jest też do badań nad zanikiem tkanki kostnej i opracowywania nowych metod terapii osteoporozy. Poza brakiem grawitacji w kosmosie występuje promieniowanie mające zdolność do uszkadzania DNA, czego efektem jest zwiększone niebezpieczeństwo zachorowania na nowotwory. Naukowcy pracują m.in. nad lekami, które mogłyby zmniejszyć negatywny wpływ promieniowania. Jednym z sukcesów jest technologia świetlna, która redukuje skutki uboczne chemioterapii u pacjentów z nowotworami.

W kosmosie nie ma Internetu, dlatego usługi telemedyczne świadczone są z wykorzystaniem komunikacji satelitarnej. Niektóre urządzenia opracowane dla ISS do monitorowania parametrów zdrowia, takie jak Tempus Pro, są dziś stosowane w samolotach albo nawet podczas wojen. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) pracuje nad innowacjami w zakresie medycyny, jak chociażby kompaktowe systemy diagnostyczne do analizy parametrów zdrowia na podstawie małej próbki krwi albo urządzenia teleradiologiczne do samodzielnej obsługi przez astronautę. Wynalazki w tej dziedzinie mogą przyczynić się do dalszego rozwoju telemedycyny.

Warto też wspomnieć, że obrazowanie medyczne, wykorzystywane powszechnie w szpitalach, ma swoje początki w opracowanej przez NASA technice przetwarzania obrazu, która miała poprawić jakość zdjęć Księżyca. Także LVAD, czyli urządzenie wspomagające pracę lewej komory serca, wynalezione w 1995 r., zainspirowane zostało pompą paliwową promu kosmicznego. Na liście publikowanej przez NASA jest więcej takich innowacji, np.:  cyfrowy system obrazowania biopsji piersi opracowany w oparciu o technologię teleskopu Hubble’a, laserowa angioplastyka z wykorzystaniem cewników światłowodowych, kombinezon obniżający temperaturę ciała w leczeniu różnych schorzeń, diody elektroluminescencyjne (LED) stosowane w operacjach raka mózgu, programowalne rozruszniki serca, narzędzia do operacji zaćmy, implanty ślimakowe.

Wielki brat dla zdrowia

Kolejną grupę innowacji w medycynie zawdzięczamy danym gromadzonym z kosmosu przez Globalny System Nawigacji Satelitarnej (GNSS) oraz precyzyjnym zdjęciom Ziemi. Pomagają one nie tylko lepiej zrozumieć zmiany klimatyczne, ale także monitorować choroby zakaźne i tworzyć mapy epidemiologiczne.

Zdjęcia z kosmosu pozwalały zobrazować efekty lockdownów podczas pandemii COVID-19, a system nawigacji Galileo – obecnie zastosowany już w ponad 2 mld smartfonów – wspomagał precyzyjne działanie aplikacji covidowych do trackingu łańcucha zakażeń i ostrzegania przed kontaktem z osobami zarażonymi. Zagregowane dane stały się cennym źródłem informacji, ułatwiając organizacjom zdrowia publicznego tworzenie mapy zakażeń i planowanie działań ograniczających rozprzestrzenianie się wirusa. W przeszłości były już wykorzystywane m.in. podczas epidemii wirusa Ebola w Afryce.

Agencje kosmiczne prowadzą wiele ciekawych inicjatyw badawczych na pograniczu medycyny i nowych technologii. Leży to w ich interesie, bo plany eksploracji kosmosu są ambitne, a misje załogowe – coraz dłuższe. NASA i jej europejski odpowiednik ESA chcą m.in. zbudować statki kosmiczne gotowe do podróży trwających nawet kilka dekad. A to wymaga miniaturyzacji całego ekosystemu życia, w tym szpitala. Już w 2021 r. ESA, Brytyjska Agencja Kosmiczna i system zdrowia NHS zainicjowały projekt szpitala przyszłości w ramach (na razie teoretycznych) przygotowań do takich misji.