znanost 24.2.2017 13:53

Planica pomembno raziskovalno središče vesoljske medicine

Ljubljana, 24. februarja - Olimpijski športni center Planica je že vse od začetka obstoja, leta 2007, tudi znanstveni laboratorij za simulacijo višinskih razmer. Mednarodna skupina znanstvenikov pod vodstvom ustanovitelja centra Igorja Mekjavića v Planici redno opravlja znanstvene raziskave na področju športne medicine. Od leta 2012 izvajajo tudi biomedicinske planetarne raziskave, ki jih je podprla tudi Evropska vesoljska agencija.

Ljubljana, IJS.
Profesor Igor Mekjavić z odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan.
Foto: Anže Malovrh/STA

Ljubljana, IJS.
Profesor Igor Mekjavić z odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan.
Foto: Anže Malovrh/STA

Ljubljana, IJS.
Profesor Igor Mekjavić z odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan.
Foto: Anže Malovrh/STA

Ljubljana, IJS.
Profesor Igor Mekjavić z odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan.
Foto: Anže Malovrh/STA

Planica, Olimpijski center Planica.
Obisk Centra za simulacijo razmer v prihodnjih bivalnih enotah na Luni in Marsu.
Igor Mekjavić z odseka za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan.
Foto: Anže Malovrh/STA

Planica, Olimpijski center Planica.
Obisk Centra za simulacijo razmer v prihodnjih bivalnih enotah na Luni in Marsu.
Foto: Anže Malovrh/STA

Planica, Olimpijski center Planica.
Obisk Centra za simulacijo razmer v prihodnjih bivalnih enotah na Luni in Marsu.
Foto: Anže Malovrh/STA

Zgodovina raziskovalnih uspehov znanstvenika na Odseku za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan Mekjavića sega že v 90. leta, ko je ustanovil laboratorij za baromedicino na Medicinski fakulteti v Ljubljani in s tem predstavil zdravljenje s hiperbarično oksigenacijo v Sloveniji.

Prvi projekt, v katerem so raziskovali hipoksično aklimatizacijo, so leta 2000 financirali kar alpinisti in športniki sami, saj so bili navdušeni nad Mekjavićevim dotedanjim delom in rezultati. Prva hipoksična soba - soba z zmanjšanim delnim tlakom kisika - pa ni nastala v kakšni od raziskovalnih ali zdravstvenih institucij, temveč kar v prostorih gostilne v Ratečah.

Novica o uspešnih raziskavah v gostilni se je hitro razširila, zato so podoben sistem vzpostavili tudi za nekatere druge športnike po Sloveniji. Šest let kasneje je na pobudo Olimpijskega komiteja načrtoval in vzpostavil obsežen sistem za simulacijo višinskih razmer, ki zajema celotno nadstropje Olimpijskega športnega centra Planica.

Planinški laboratorij - prvi laboratorij s hotelom

Mekjavić v šali pravi, da so edini laboratorij s hotelom na svetu, kar pa jim bistveno lajša raziskovalno delo. Na ta način lahko namreč raziskovance povabijo v Planico za več dni, zaradi česar je skupina raziskovancev bolj homogena, testi pa bolj kontrolirani.

Ker v Sloveniji nimajo veliko osebja, so veseli, da imajo tudi možnost sodelovanja z različnimi laboratoriji po celi Evropi. "V času poskusov Planica postane manjši raziskovalni kampus," pravi Mekjavić. "Takrat je tam tudi do 80 ljudi, ki sodelujejo in izmenjujejo svoje ideje."

V planinškem olimpijskem centru že od leta 2007 opravljajo različne raziskave s področja športne medicine. Doslej so med drugim že raziskali, kako se lahko športniki čim bolj učinkovito adaptirajo na višinske pogoje ter kako bi alpiniste pa tudi vojake na mirovni misiji v visokogorju optimalno aklimatizirali na višino. Raziskovali so tudi negativni vpliv hipoksije na spanje in prehrano ter s tem zmogljivost populacij.

Planetarne biomedicinske raziskave

Raziskave na področju vesoljske medicine z eksperimentalnim protokolom, imenovanim "bed rest" oziroma ležanje v postelji, so se v Planici začele približno leta 2012. Dober glas o raziskavah v planinškem centru se je razširil tudi do Evropske vesoljske agencije, ki je znanstvenike povabila k sodelovanju.

Spremembe, ki se odvijajo v telesih astronavtov v vesolju, lahko namreč znanstveniki simulirajo z opazovanjem na Zemlji. Glavni cilj planinških raziskav na področju vesoljske medicine je tako ovrednotiti vpliv razmer v bodočih bivalnih enotah na Luni in Marsu na človeka.

Spremembe, ki se v obdobju enega meseca odrazijo v mišicah, kosteh ali srčno-žilnem sistemu astronavtov, lahko opazujejo pri ljudeh na Zemlji, ki en mesec ležijo. "Na ta način lahko na Zemlji bolj poceni raziskujemo, kakšen je učinek adaptacije človeškega telesa na breztežnost," je pojasnil Mekjavić.

Med bivanjem na vesoljski postaji se namreč telo sčasoma adaptira na breztežnost, posledica te adaptacije pa je izguba mišične in kostne mase, in posledično tudi mišične moči. Te spremembe astronavtom v breztežnostnem okolju sicer ne povzročajo težav, ob povratku astronavtov na Zemljo pa so lahko zanje celo usodne.

Medtem ko so razmere v vesoljski postaji, z izjemo breztežnosti, podobne tistim na Zemlji, pa večje preglavice povzročajo pogoji, v katerih bodo astronavti živeli v bivalnih enotah. Zdravniki in inženirji so se zato dogovorili, da bodo astronavti v bivalnih enotah na Luni in Marsu živeli v razmerah, podobnim tistim na višini do 4000 metrov nadmorske višine, z manj delnega tlaka kisika ter zmanjšano težnostjo, je pojasnil Mekjavić.

Na ta način bo dolgotrajen postopek prehoda iz vesoljske postaje, ki zajema postopek dekompresije oz. nižanja tlaka ter dihanje čistega kisika, s katerim astronavti preprečijo nastajanje dušikovih mehurčkov oz. dekompresijsko bolezen, bistveno krajši.

Omenjeni postopek trenutno traja od štiri do šest ur, kar v primeru redkih izhodov izven vesoljske postaje ni problematično. Na Luni pa bodo astronavti večino časa preživeli v posebnih vozilih, s katerimi se bodo večkrat dnevno ustavili ter zbirali vzorce kamnin.

"Da bi vsakokrat, ko bi si astronavti želeli od blizu ogledati kamen, porabili od štiri do šest ur za dekompresijo, logistično ni sprejemljivo. Znanstveniki so se zato dogovorili, da bodo znotraj vozila povečali kisik ter simulirali razmere na višini 4000 metrov," je pojasnil Mekjavić.

Trenutno čakajo na financiranje

Poskuse učinka zmanjšanja težnosti v hipoksiji so v Planici aktivno izvajali do leta 2015, trenutno pa čakajo na izide revizij, od katerih je odvisno nadaljnje financiranje, je povedal Mekjavić.

Evropska vesoljska agencija je sicer po besedah Mekjavića njihov advokat. Kljub temu da nekatere države za članstvo v agenciji prispevajo bistveno večje vsote denarja kot druge, agencija ne daje nujno prednosti prvim, kar se je pokazalo tudi ob podpori raziskavam v Planici.

"Kako bo naprej, ne vem. Moj prvi vtis pa je bil, da ESA pregleda vse ideje ter znanstveno recenzira vse vloge. Kar podpre, podpre korektno ter je zares advokat za vse države, ne glede na to, ali države ESI za članstvo namenijo milijardo ali milijon, kar je za znanost zelo pomembno."

Raziskave morajo imeti cilj tudi na Zemlji

Vse raziskave na področju vesoljske medicine, ki jih podpira ESA, morajo po besedah Mekjavića imeti cilj tudi na Zemlji. Osteoporoza in atrofija mišic nista le problem astronavtov, temveč celotne populacije, predvsem pa starejših in žensk, je pojasnil raziskovalec.

Njihove raziskave so tako trenutno usmerjene tudi v starejšo populacijo. "Če lahko preprečim atrofijo mišic in kosti med ležanjem, bi lahko pomagali tudi starejši populaciji, ki ima zmanjšano mišično in kostno maso, česar še ne znamo učinkovito preprečiti."

V nadaljevanju bi raziskovalci radi podrobneje raziskali potenciale elektrostimulacije mišic pri astronavtih pa tudi starejši populaciji. Tovrstne raziskave so trenutno zgolj ideja na papirju, saj sredstev, ki bi raziskovalcem omogočila njihovo izvedbo, še nimajo.

Na področju elektostimulacije je bila sicer Slovenija po besedah Mekjavića nekoč že med vodilnimi v svetu. Raziskave so se začele že po vojni, z današnjim napredkom tehnologije in vse manjšimi računalniki pa bi lahko imela električna stimulacija mišic še večji potencial.

Raziskave vpliva visokogorja na otroke in sodelovanje z industrijo

V času, ko raziskovalci čakajo na financiranje planetarnih raziskav, ne počivajo, temveč nadaljujejo z raziskavami na področju športa in rekreacije. V eni izmed raziskav, ki jo je financirala Fundacija za šport, so denimo preučevali, kako hipoksija, ki jo ljudje doživljajo med normalnim rekreativnim dnevom na smučišču, vpliva na otroke. Ugotovili so, da so spremembe pri otrocih podobne kot pri odraslih.

Pomembno področje predstavljajo tudi raziskave za industrijo, ki se ukvarja s športno in zaščitno opremo. Zadnja raziskava je bila denimo financirana s strani podjetja Intersocks v Kočevju, za katerega so slovenski raziskovalci ovrednotili učinek kompresijskih nogavic ter njihovo optimalno uporabo med športniki in rekreativci. Poleg tega raziskovalci IJS trenutno sodelujejo tudi z ameriškim velikanom Kimberly Clark, za katerega bodo ovrednotili različna zaščitna oblačila za delavce v industriji.

Dr. Mekjavić

Prof. dr. Mekjavić je znanstveni svetnik na Odseku za avtomatiko, biokibernetiko in robotiko na Institutu Jožef Stefan, kjer vodi programsko skupino na tem področju. Po končanem študiju biomedicinskega inženirstva in magisterija na področju podvodne tehnologije na Univerzi Salford v Veliki Britaniji je nadaljeval doktorski študij na področju okoljske fiziologije na Univerzi Simon Fraser v Kanadi in podoktorski na Karolinskem inštitutu na Švedskem.

Po vrnitvi v Slovenijo leta 1994 je bil gostujoči profesor na Medicinski fakulteti v Ljubljani, profesor na angleški Univerzi Porstmouth, svetovalec britanskega Instituta za pomorsko medicino, svetovalec Odseka za letalsko medicino na Švedskem in gostujoči sodelavec na IJS.

Kot svetovalec Evropske vesoljske agencije je koordiniral več projektov, cilj katerih je ovrednotiti vpliv dolgotrajnega bivanja na Luni na različne fiziološke sisteme. Za svoje delo na področju vrednotenja zaščitnih oblačilnih sistemov za ekstremna okolja, predvsem pa za razvoj simulatorjev, je s sodelavci bil nagrajen s Puhovo nagrado za prenos tehnologije v industrijo.