In maart 2004 kon ruimtevaartkenner en leerkracht Nicky De Munster deelnemen aan de 36ste ESA paraboolcampagne met een Airbus A300 te Bordeaux. Hij fungeerde er als proefpersoon voor het Cardiocog experiment van professor André Aubert van KU Leuven. Ook de Belgische ruimtevaarder Frank De Winne voerde het experiment uit tijdens zijn eerste ruimtevlucht naar het ISS en zal dit opnieuw doen tijdens zijn langdurig verblijf in het ruimtestation in 2009. Met het experiment Cardiocog worden hart- en longfunctieanalyses uitgevoerd op astronauten en proefpersonen.
Het experiment is niet aan zijn proefstuk toe. Professor Aubert en teamleden Frank Beckers en Bart Verheyden, voerde reeds metingen uit op Pedro Duque (Cervantes missie) en Gennady Padalka (ISS Expedition-9 missie), Thomas Reiter (ISS Expedition-13 missie) en kreeg ook de toestemming om Chinese taikonauten te onderzoeken. Allen ondergingen de proef voor, na en tijdens hun verblijf in het Internationaal Space Station. Padalka was de eerste zogenaamde "longduration" kosmonaut die het experiment gebruikte. In het vooruitzicht op de samenwerking met de taikonauten werd reeds een Chinese dokter uitgenodigd op de 36ste ESA paraboolcampagne. Hierin fungeerde hij uiteindelijk zelf als subject voor het experiment.
Van hartritmevariabiliteit tot Cardiocog
Op Aarde wordt reeds lange tijd onderzoek gedaan op hartritmevariabiliteit. Hartritmevariabiliteit speelt een belangrijke rol bij de diagnose van de behandeling van hartkwalen. Men bestudeert ondermeer de invloed van het autonome zenuwstelsel op het hart. Bijvoorbeeld bij hartpatiënten die een transplantatie ondergingen is die autonomie verstoord en ook van syncopepatiënten, met symptomen van duizeligheid en flauwvallen, kan hetzelfde gezegd worden. Van hieruit werd dan ook vlug de link gelegd naar ruimtevaartfysiologie. Tijdens een verblijf in de ruimte vertraagt bij ruimtevaarders, door afwezigheid van zwaartekracht, de hartslag en verschuift het bloedvolume.
Verschuivingen van het bloedvolume voor, tijdens en na
Twee en een half uur verplichte bewegingsoefeningen per dag in de ruimte helpt maar is niet voldoende. Na de landing voelen zij zich vaak, zeker na een langdurig verblijf, duizelig en kunnen moeilijk op hun benen blijven staan. Sommige kosmonauten verloren kort na de landing even het bewustzijn. Onderzoek naar methodes waarbij het hartritme zich sneller aanpast ofwel niet zo snel verandert, vormt dan ook het objectief van het Cardiocog experiment. De resultaten kunnen uiteraard voordeel opleveren voor het onderzoek van patiënten op Aarde. Cardiocog bestaat uit vier onderdelen:
1. RHYTHM: metingen op verandering van hartslag (HRV) en bloeddruk (BPV)
2. RESPI: invloed van opgelegde ademhalingfrequenties op HRV en BPV
3. STRESS: invloed van mentale druk en gecontroleerde ademhaling op HRV en BPV
4. TEXT: cognitieve tests en de relatie met de hartslag
Paraboolvluchten
Het Europese ruimtevaartagentschap ESA was al een tijdje bezig met ruimtevaartfysiologisch onderzoek op proefpersonen in gewichtloze toestand. Men maakte daarvoor gebruik van paraboolvluchten. Tussen 1997 en nu zijn hiervoor een tiental paraboolcampagnes gebruikt en zijn een 15-tal experimenten uitgevoerd telkens met een variabele configuratie. In november 2000 deed professor Aubert zijn intrede met deelname aan de 29ste ESA paraboolcampagne waarbij het hartritme werd bestudeerd. Dit gebeurde in samenwerking met de ESA en de Belgische Federale diensten voor Wetenschapsbeleid. Tijdens de daaropvolgende paraboolvluchten in 2002 en 2004, werden metingen verricht op zowel het hart en de luchtwegen. Wat het experiment juist inhield kon Nicky De Munster dus aan den lijve ondervinden tijdens zijn deelname aan de 36ste paraboolcampagne in maart 2004. Metingen van de hartslag en de ademhaling gebeurden aan de hand van sensoren op de borst en buik. Sensoren op de arm en vinger registreren de bloeddruk. Met behulp van een oortje moest hij ademen op het ritme van signalen. Daarbovenop kreeg moest hij een gordel dragen waarin zich de meetapparatuur bevond. De metingen tijdens paraboolvluchten zijn uiteraard niet dezelfde als tijdens een ruimtevlucht. In de ruimte heerst een constante gewichtloosheid, terwijl met een paraboolvlucht enkel dertig periodes van een twintigtal seconden gewichtloosheid kunnen bereikt worden. Het interessante aan paraboolvluchten is wel dat ook metingen kunnen verricht worden tijdens de verschillende zwaartekrachtfases: bij het ingaan van de parabool (1.8G), tijdens de parabool (0G) en bij het uitkomen van de parabool (1.8G). Tien parabolen worden gebruikt om bij de proefpersoon metingen te verrichten in rechtstaande positie en tien in liggende positie. Het is uiteraard niet evident om aan dergelijk experiment deel te nemen. Je bent constant vastgebonden, wat niet de ideale positie is om de G-krachten heelhuids door te komen. In normale omstandigheden is het bij de 1.8G-fase aangewezen om te gaan liggen zodat de krachten over het hele lichaam verdeeld worden. Dit kan dus niet tijdens de rechtstaande metingen. Vele proefpersonen werden dan ook ziek, waaronder Nicky zelf. Tijdens zijn aanwezigheid namen, naast de Chinese dokter, ook de astronauten Ulf Merbold en Phillipe Perrin deel aan het experiment. Enkele meetresultaten vind u in bijgevoegde tabel.
Nicky De Munster tijdens de 36ste ESA paraboolcampagne - Foto: ESA
Odissea
Het experiment kreeg uiteindelijk haar ruimtedoop tijdens de Odissea ruimtevlucht van Frank De Winne in oktober 2002. Het was aanvankelijk de bedoeling dat Frank De Winne en zijn commandant , Sergei Zalyotin, het experiment eerst zouden uittesten tijdens de 32ste paraboolcampagne in maart 2002, dus enkele maanden voor hun vlucht. Maar door omstandigheden - wellicht zat het drukke trainingsschema daar voor iets tussen - moesten zij kort daarvoor verstek laten gaan. De pre flight metingen werden verricht tijdens hun training in Sterrenstad en vonden plaats 45 en 10 dagen voor lancering. De bemanning werd hierbij telkens tien minuten aan het experiment gekoppeld in drie houdingen: liggend, zittend en staand. Tijdens de Odissea ruimtemissie werden tijdens vluchtdag 5 en vluchtdag 8 in totaal 87 minuten aan metingen verricht. Ter vergelijking, tijdens Cervantes met Pedro Duque was dit 30 minuten. De post flight metingen gebeurden op 1, 2, 4, 9, 15, 19 en 25 dagen na de landing. Uit de resultaten bleek dat het hart toch heel wat tijd nodig heeft om zich te herstellen. Na 25 dagen werden nog altijd niet de waarden bereikt van deze van 45 dagen voor de vlucht, en dit voor een ruimtevlucht van amper tien dagen.
Frank De Winne tijdens de pre flight metingen. Achteraan rechts herkent u professor
André Aubert - Foto: ESA
Hicop
Cardiocog zal dus waarschijnlijk in de toekomst ook met de Chinezen meereizen in de ruimte. Wanneer dit het geval is dan zullen zij ook kennis maken met het software programma Hicop (Human interface computer program), die ook door de andere ruimtevaarders werd gebruikt. Doctor ingenieur Frank Beckers, door ESA gecontacteerd om toepassingen te bedenken voor analysetechnieken in de ruimtevaartfysiologie, bedacht het programma. Met Hicop kan men in de ruimte alle cardiovasculaire- en cognitieve functiemetingen automatisch en consecutief laten verlopen. Met andere woorden, het programma vervangt de klassieke checklist.
Hicop in werking tijdens de Odissea ruimtemissie - Foto: Franck Beckers, André Aubert
De astronaut kan op het scherm volgen wat hem te doen staat. De installatie van de software aan boord van het ISS gebeurde aan de hand van een verwisselbare harde schijf en verliep naar verluid zonder problemen. Hicop kreeg dan ook door de meerderheid van de ruimtevaarders een positieve evaluatie. Enkel de Russen vonden het spijtig dat het programma alleen in het Engels beschikbaar was. Of er voor de taikonauten een Chinese versie zal geschreven worden lijkt eerder twijfelachtig.
(Met dank aan professor André Aubert voor het doorsturen van de informatie)
