Kunstmatige zwaartekracht bed rust studie

De bemande ruimtevaart gaat momenteel de volgende fase van ruimteverkenning in,
namelijk missies naar de maan en Mars. Gekoppeld aan dergelijke ambitieuze
doelen zijn - van nature - fysieke, psychologische en technologische
uitdagingen die steeds moeilijker overwinnen zijn met langer-durende missies.
Toekomstige missies van de zogenaamde exploratieklassen kunnen tot meerdere
jaren duren. Tijdens zulke missies worden astronauten blootgesteld aan extreme
omgevingsomstandigheden en fysieke stressoren die negative gevolgen hebben voor
de gezondheid van astronauten. In de afgelopen 50 jaar van menselijke
ruimtevluchtervaring is een palet van tegenmaatregelen ontwikkeld en getest,
maar zijn beperkt succesvol geweest. Dit kan worden verklaard door het feit dat
de momenteel toegepaste tegenmaatregelen slechts specifieke systemen van het
menselijk lichaam beschermen. Omdat - in de ruimte - nagenoeg alle
fysiologische systemen in het menselijk lichaam worden ontlast door de
gewichtloze toestand, kunnen omgekeerd, alle fysiologische systemen weer worden
belast door de (tijdelijke) toepassing van kunstmatige zwaartekracht (AG) door
centrifugatie. Anders dan andere, reeds-getste tegenmaatregelen heeft AG het
unieke kenmerk van een volledig integratieve tegenmaatregel. Echter, voordat AG
kan worden geïmplementeerd tijdens echte ruimtevluchten, moet AG eerst getest,
aangepast en gevalideerd worden met behulp van faciliteiten en modellen op de
grond. Experimentele bedrust is het beste model dat we hiervoor kunnen
inzetten. Het primaire doel van de AGBRESA bedrust-studie is het vergelijken
van de beschermende effecten van één enkele dagelijkse belasting van 30 minuten
centrifugeren versus een belasting van dagelijks 30 minuten centrifugeren, maar
dan verdeeld in 6 blootstellingen van telkens 5 minuten op een veelvoud van
fysiologische structuren en functies tijdens bedrust, inclusief het hart- en
vaatstelsel, psyche en cognitie, het immuunsysteem, het spierskeletsysteem en
het vestibulaire systeem.

Het primaire doel voor de metingen in het VieCuri in Venlo zijn het meten van
de structuur en botdichtheid van de heup en van het onderbeen. en onderarm;
deze metingen kunnen om technische redenen niet in Keulen plaats vinden:
3 (drie) CT metingen (QCT) van de heup: 1 x voor bed rust, 1 x na bed rust en
na 1 jaar na einde van de bedrust
4 (vier) HR-pQCT metingen van de Tibia en Radius: 1 x voor bed rust, 1x na bed
rust en 1, en 2 jaar na einde van de bedrust

QCT verschilt van DEXA in die zin dat QCT een echt 3D-botdichtheidsonderzoek
is; hetgeen betekent dat QCT het metabolisch actieve trabeculaire inwendige bot
afzonderlijk van het dichte corticale bot kan meten. Aangezien trabeculair bot
eerder en in sterkere mate wordt beïnvloed dan corticaal bot, is QCT in staat
om veranderingen in botmassa eerder in de proximale heup te detecteren dan
andere botmineraaldichtheidsexamens. In de AGBRESA-studie worden QCT-scans
gebruikt om de botmineraaldichtheid van de proximale femur te evalueren.

Het doel van de HR-pQCT metingen is ook om de werkzaamheid van de AG-training
te beoordelen om de achteruitgang van de trabeculaire en corticale
microstructuur tegen te gaan. DXA geeft namelijk ook geen informatie over de
botmicrostructuur, wat een belangrijke bepalende factor is voor de botsterkte.
Recente ontwikkelingen op het gebied van beeldvorming maken de evaluatie van de
botmicrostructuur in vivo mogelijk met behulp van hoge resolutie perifere
kwantitatieve computertomografie (HR-pQCT). Uit deze gegevens kunnen nieuwe
beeldverwerkingstechnieken worden toegepast om de botkwaliteit en -sterkte
beter te karakteriseren.

Het algemene belang van het onderzoek is om de algehele gezondheid, het welzijn
en de werkefficiëntie van astronauten beter te beschermen tijdens lange missies
van de zogenaamde exploratieklassen. Het specifieke doel van de AGBRESA-studie
is om de beschermende effecten van een enkele blootstelling van kunstmatige
zwaartekracht (AG) gedurende bedrust te vergelijken met de effecten van
meerdere blootstellingen van AG op een dag.

Algemeen onderzoeksopzet
De bedrust studie zal worden uitgevoerd in de: envihab-faciliteit van het
Institute of Aerospace Medicine in het Duitse Aerospace Center, Keulen,
Duitsland. Nominaal, zal elk proefpersooon in totaal 88 dagen in het Institute
of Aerospace Medicine verblijven, waarvan 60 dagen in bed. Voorafgaand aan, en
volgend op bedrust, ondergaan de proefpersonen respectievelijk een 14-dagen
basislijn gegevensverzamelingsfase en een 14-daagse herstelfase in
omgevingsatmosfeer (14 + 60 + 14 = 88 dagen). Daarnaast zijn er 4 follow-up
onderzoekingen gepland (28, 90 , 360 en 720 dagen na het einde van de bedrust).

Gedurende de studie brengen de proefpersonen in totaal 4x een bezoek an het
Viecurie voor de volgende botdichtheidmetingen:
tijdens bezoek 1, 2 en 3 worden QCT metingen van de heup en HR-pQCT metingen
van de Tibia en Radius verricht

bezoek 1 --> 11 dagen voor de start van bedrust
bezoek 2 --> 8 dagen na het eind van de bedrust
bezoek 3 --> 360 dagen na het eind van de bedrust

Tijdens bezoek 4 worden alleen HR-pQCT metingen van de Tibia en Radius verricht

bezoek 4 --> 720 dagen na het eind van de bedrust

Voorafgaand aan de bedrustfase worden proefpersonen gerandomiseerd toegewezen aan een van de drie experimentele groepen (n = 8 in elke groep). > Groep 1: bedrust zonder centrifugatie (passieve controle). > Groep 2: bedrust met AG +1Gz in het massamiddelpunt gedurende 30 minuten continu per dag van de bedrust > Groep 3: bedrust met AG +1Gz in het zwaartepunt gedurende 6 periodes van 5 minuten per dag van de bedrust (blootstellingen 2-6 worden gescheiden door 5 minuten rust). De proefpersonen zullen reeds tijdens het rekruteringsproces bekend worden gemaakt met de humane centrifuge. Alle proefpersonen zullen voor de start van de bedrust worden blootgesteld aan een cetrifugaalkracht op een verlaagd zwaartekracht niveau en -duur om de proefpersonen opnieuw vertrouwd te maken met het centrifugatieprofiel.

Röntgen straling omvat alle gevaren die bekend zijn uit de interactie van
ioniserende straling met weefsel. Wanneer de straling het menselijk lichaam
binnendringt tijdens een röntgenonderzoek, wordt een deel van de straling
geabsorbeerd in het weefsel en kan dit leiden tot biologische veranderingen in
de cellen als gevolg van toeval. Afhankelijk van de intensiteit en duur van
blootstelling aan deze straling, kunnen metabole stoornissen worden veroorzaakt
door veranderingen in biologisch belangrijke moleculen (enzymen, eiwitten,
genetisch materiaal). Blootstelling aan straling kan dus in principe leiden tot
schade aan het genoom en tot de ontwikkeling van tumoren. De waarschijnlijkheid
van het optreden van schade is evenredig met het dosisniveau. Er is echter geen
drempelwaarde van de dosis voor het optreden van schade, d.w.z. de ernst van
mogelijke schade is onafhankelijk van de dosis. Het lichaam is echter alleen in
staat om dit soort schade tot op zekere hoogte te herstellen met geschikte
reparatiemechanismen. Het gevaar van resulterende schade hangt niet alleen af **
van de lengte en intensiteit van bestraling, maar ook van de gevoeligheid voor
straling van het belichte materiaal. Bot vertoont een lagere gevoeligheid voor
straling in vergelijking met de maag, longen, colon of schildklier.

De cumulatieve stralingsbelasting bedraagt 4.32 mSv. De totale natuurlijke
blootstelling aan straling in Duitsland, respectievelijk de jaarlijkse
effectieve dosis voor het publiek, is gemiddeld 2,1 millisievert. Echter
afhankelijk van de woonplaats, het voedingspatroon en levensgewoonten komt het
soms van 1 millisievert tot 10 millisieverts. Het risico voor de proefpersoon
is daarmee beperkt tot stochastische stralingseffecten, waarbij de veroorzaking
van een door straling geïnduceerde kanker de overheersende rol speelt.
Deterministische stralingseffecten kunnen worden uitgesloten bij een
stralingsbelasting <100 mSv. Het "officiële" levenslange risico van
stralingsinductie van fatale kanker werd vastgesteld op 5% / Sv door de
Internationale Commissie voor Radiologische Bescherming (ICRP) (1991).


Graag verwijzen we naar het volledig onderzoeksprotocol (hoofdstuk 4) voor een
inschatting van de belasting en risico's met betrekking to the Experimenten die
in Keulen plaatsvinden