Gdy polski astronauta Sławosz Uznański-Wiśniewski przekraczał granice atmosfery, jego organizm uruchamiał niezwykły, mało znany system adaptacyjny – układ endokannabinoidowy, w skrócie ECS.
Co dzieje się z ludzkim organizmem, gdy opuszcza Ziemię? Oprócz spektakularnych zmian w kościach, mięśniach i układzie odpornościowym, aktywuje się również tajemniczy układ endokannabinoidowy. Wewnętrzny system regulacyjny, który pomaga astronautom przetrwać m. in. stres, bezsenność i samotność w stanie mikrograwitacji. Dziś naukowcy badają go nie tylko jako biologiczną ciekawostkę, lecz jako klucz do przyszłości załogowych misji kosmicznych. Choć kojarzony jest głównie z neurobiologią i badaniami nad kannabinoidami, okazuje się odgrywać kluczową rolę również w warunkach lotów kosmicznych.
ECS to skomplikowany mechanizm biologiczny, którego zadaniem jest utrzymywanie wewnętrznej równowagi, czyli homeostazy. Można go porównać do dyrygenta, który kontroluje wiele układów i procesów. Od reakcji na stres, przez metabolizm, aż po funkcjonowanie układu odpornościowego. Ten niezwykły system receptorowy, uznawany za kluczowy układ w organizmie człowieka, składa się z trzech głównych elementów: endokannabinoidów, receptorów kannabinoidowych oraz enzymów metabolizujących.
Endokannabinoidy, takie jak anandamid (AEA) i 2-arachidonoiloglicerol (2-AG), to cząsteczki produkowane przez organizm, które działają jak neuroprzekaźniki, a ich poziomy zmieniają się w odpowiedzi na stres i mikrograwitację. Receptory kannabinoidowe, głównie CB1 i CB2, znajdują się w różnych częściach ciała. CB1 przede wszystkim w ośrodkowym układzie nerwowym, CB2 zaś w komórkach układu odpornościowego. Gdy endokannabinoidy wiążą się z tymi receptorami, uruchamiają szereg procesów fizjologicznych, które pozwalają organizmowi adaptować się do zmieniających warunków (wewnętrznych i zewnętrznych). Trzecią grupą elementów ECS są enzymy, takie jak FAAH i MAGL, które rozkładają endokannabinoidy, zapewniając precyzyjną kontrolę ich działania.
Czy wiesz, że… receptory endokannabinoidowe są najliczniejszymi receptorami w mózgu – jest ich więcej niż wszystkich receptorów dla pozostałych neuroprzekaźników razem wziętych! ( Ethan Russo, MD )
Cisza w próżni, burza w układzie biologicznym
W warunkach mikrograwitacji, nawet podczas krótkich lotów parabolicznych, poziomy endokannabinoidów we krwi ulegają istotnym zmianom. U osób, które dobrze znoszą ten stan i nie wykazują objawów tzw. choroby kosmicznej, obserwuje się wzrost stężenia anandamidu i 2-AG. To sugeruje, że ECS pełni w organizmie funkcję ochronną – m.in. łagodząc stres i wspomagając adaptację organizmu.
U osób bardziej wrażliwych, które cierpią na nudności i dezorientację, poziomy tych cząsteczek są z kolei obniżone. Towarzyszy temu nasilona aktywność osi stresu (HPA) i spadek ekspresji receptorów CB1 w leukocytach.
W przypadku długotrwałych misji kosmicznych, takich jak np. półroczny pobyt na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, zmiany w ECS stają się jeszcze bardziej wyraźne. U astronautów notuje się trwały wzrost poziomu endokannabinoidów we krwi, co odczytuje się jako mechanizm przystosowawczy do przewlekłego stresu. Czynniki takie jak izolacja, ograniczona przestrzeń, zakłócony rytm dobowy i brak grawitacji to potężne obciążenia fizjologiczne, a ECS pomaga organizmowi w ich kompensacji.
Endokannabinoidy a sen, nastrój i mikrobiom
Nie bez znaczenia jest także rola ECS w regulacji rytmów dobowego i snu. To właśnie sen, a raczej jego zaburzenia, stanowią jedno z najczęstszych wyzwań zdrowotnych podczas misji kosmicznych. W warunkach sztucznego oświetlenia i braku naturalnych cykli światło/ciemność, ECS wspiera działanie układów regulujących rytm okołodobowy, m.in. przez wpływ na wydzielanie melatoniny. Zaburzenia snu mogą nie tylko osłabiać sprawność psychofizyczną, ale też zwiększać podatność na infekcje i problemy z nastrojem.
Endokannabinoidy wpływają również na funkcje poznawcze i emocjonalne, regulując działanie kluczowych neuroprzekaźników: serotoniny, dopaminy czy GABA. Dzięki temu biorą udział w kontroli nastroju, poziomu lęku i zdolności do koncentracji, a więc tych aspektów, które są szczególnie narażone na zakłócenia podczas długich misji kosmicznych.
Nowym i wyjątkowo ciekawym obszarem badań jest interakcja między ECS a mikrobiomem jelitowym. Badania sugerują, że ECS współpracuje z mikrobiotą za pośrednictwem osi mózg–jelita. W przestrzeni kosmicznej dochodzi do redukcji różnorodności mikrobiomu, co może zaburzać tę komunikację i wpływać na funkcjonowanie ECS. Odpowiednia dieta lub suplementacja probiotykami może zatem wspomóc regulację nie tylko układu trawiennego, ale i całego układu neuroimmunologicznego.
Powrót na Ziemię: nowe wyzwania dla starego układu
Powrót na Ziemię to kolejny etap, który wiąże się z koniecznością ponownej adaptacji – tym razem do grawitacji. Układ endokannabinoidowy musi się „przestroić”, a proces ten przebiega stopniowo. W pierwszych dniach po lądowaniu poziomy 2-AG zaczynają spadać, podczas gdy anandamid może wykazywać zmienność.
W ciągu kolejnych tygodni dochodzi do postępującej normalizacji. Choć tempo tego procesu jest bardzo indywidualne, co potwierdzają badania Strewe i współpracowników (2012). Na poziomie komórkowym towarzyszą temu zmiany w ekspresji receptorów CB1 i CB2 oraz aktywności enzymów FAAH i MAGL. Na poziomie komórkowym towarzyszą temu zmiany w ekspresji receptorów CB1 i CB2 oraz aktywności enzymów FAAH i MAGL. Te molekularne przestrojenia pokazują, jak ściśle ECS reaguje na zmiany środowiskowe i jak precyzyjnie potrafi wspierać proces readaptacji.
Zrozumienie, jak działa ECS w ekstremalnych warunkach panujących w kosmosie i po powrocie na Ziemię, niesie ogromny potencjał kliniczny. Poziomy endokannabinoidów mogą służyć jako biomarkery adaptacji – ich zaburzenia mogą stanowić sygnał ostrzegawczy, że dany astronauta potrzebuje dodatkowego wsparcia.
Na tej podstawie można projektować leki modulujące ECS, terapie dietetyczne, indywidualne programy ćwiczeń czy techniki psychologiczne, takie jak medytacja i trening uważności. Być może w przyszłości każdy astronauta będzie otrzymywał spersonalizowany protokół adaptacyjny oparty na jego unikalnym profilu endokannabinoidowym? Oby tak było!
To niesamowite, jak złożony i elastyczny jest ludzki organizm i jak dużą rolę w jego przystosowaniu do życia poza Ziemią odgrywa układ, który jeszcze niedawno pozostawał niemal zupełnie niezbadany.
Autorzy artykułu: Kamila Dragan i Pola Kmiecik
Bibliografia:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38672462
https://www.nature.com/articles/npjmgrav201640
