Ruimte voor geneeskunde

Het onderzoekswerk van een Nederlandse arts en astronaut

Foto's: ESA/Andre Kuipers

Op 19 april zal hij de eerste Nederlandse arts zijn die aan een missie in de ruimte begint: André Kuipers. Hij wil nog vaker: ‘Je kan tot je zestigste vliegen’.

Eigenlijk is André Kuipers behalve arts en astronaut ook taxichauffeur. Op 19 april brengt hij met de Russische Sojoez een Amerikaan en een Rus naar het internationale ruimtestation ISS. Zij blijven een halfjaar aan boord. Kuipers zelf blijft negen dagen en neemt daarna de huidige bewoners, ook een Amerikaan en een Rus, weer mee terug, met de ‘oude’ Sojoez-capsule. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA gebruikt deze vluchten om wetenschappelijk onderzoek in de ruimte uit te voeren. Momenteel traint Kuipers nog in Sterrenstad nabij Moskou om het ruimteschip onder de knie te krijgen. Hij legt zijn laatste vluchtexamens af. Met goed gevolg, dat spreekt. Kan hij eigenlijk wel zakken? Kuipers laconiek: ‘In theorie wel, maar dat is nog nooit gebeurd. Er staat overigens wel een reservebemanning klaar.’

Sciencefiction

Waarom wilde hij eigenlijk arts én astronaut worden? Kuipers, hij is van 1958, las in zijn jeugd gretig de sciencefictionboekjes over astronaut Perry Rhodan en zijn team van mutanten - een soort kosmische superhelden. In die boekjes werd niet alleen gefantaseerd over de toekomstige exploratie van het heelal, maar ook over onderwerpen als biotechnologie en het kweken van levende wezens. Kuipers: ‘Daardoor raakte ik geïnteresseerd in ruimtevaart, maar ook in vragen als: wat is leven? Dat mondde op den duur uit in een interesse voor geneeskunde. Voor mij een aansprekende combinatie van wetenschap, teamwork, nuttig werk en actie.’

Ondertussen bleef Kuipers de ambitie koesteren in de voetsporen van zijn fictionele held te treden: hij wilde astronaut worden. Hij specialiseerde zich alvast in de lucht- en ruimtevaartgeneeskunde en deed onderzoek naar desoriëntatieproblemen van F16-vliegers, naar hypoxie, botontkalking en de invloed van versnellingskrachten op de menselijke fysiologie.

Kuipers: ‘Kortom, de pathofysiologie van lucht- en ruimtevaart.’

Machines
Was zijn jongensdroom geen werkelijkheid geworden, dan had hij nu waarschijnlijk een baan als intensivist of anesthesioloog. Een voor de hand liggende keuze, meent Kuipers, er zijn tenslotte nogal wat overeenkomsten tussen het werk van een piloot of een astronaut, en het werk van dit type dokters. ‘Essentieel is ‘monitoring’ en tendensen ontwaren. 99 procent is routine, maar in die ene procent van de gevallen moet je adequaat en snel kunnen handelen. En dat betekent regelmatig trainen in simulatoren waarin van alles misgaat. Vliegtuigen, ruimteschepen, menselijke lichamen - het zijn allemaal machines. Of je nu te maken hebt met sensoren, drukken en elektrische systemen, of met zintuigen, de circulatie van bloed en het zenuwstelsel. Natuurlijk, in eerste instantie betreed je als medicus een andere, heel technische wereld. Ik zag de overeenkomsten ook pas toen ik de systemen in de ruimtevaart leerde kennen.’

Schakel

In opdracht van onderzoeksinstellingen en bedrijven zal Kuipers tijdens de zogeheten Delta-missie een reeks biologische, medische, natuurkundige en technische experimenten uitvoeren. Totale kosten: zes miljoen euro. De ministeries van Onderwijs en Economische Zaken betalen 12,5 miljoen euro voor Kuipers’ vlucht.

Tien jaar lang coördineerde hij medische experimenten die werden uitgevoerd tijdens Amerikaanse shuttlevluchten en in het Russische ruimtestation Mir. ‘Ik was de schakel’, vertelt hij, ‘tussen de wetenschappers, de technici die de apparatuur maakten en de astronauten die de proeven uitvoerden. Het is absoluut een voordeel dat ik die kant van de zaak heb gezien, nu ik zelf als astronaut experimenten ga doen.’

Hij zal zelf ook proefkonijn zijn. Kuipers vindt dat geen probleem. ‘Het hoort erbij.’ Maar wie de lijst van experimenten overziet, vraagt zich wel af hoe hij dat in godsnaam in negen dagen allemaal gaat opknappen. ‘Het is’, erkent Kuipers, ‘een waanzinnige waslijst. Eigenlijk is het niet haalbaar; ook mijn voorgangers overschreden nogal eens hun werktijden - alweer een overeenkomst met het werk van dokters trouwens. Je moet dan oppassen dat je geen fouten gaat maken. Bovendien vergen sommige experimenten enige voorbereidingstijd. Ik denk dat ik ze allemaal minstens eenmaal kan doen, maar of ik tijd heb voor herhaling, valt nog te bezien. Voor sommige proeven moet je enige dagen achtereen iets doen; dat zal misschien niet altijd lukken.’ Al met al zal er weinig tijd zijn om uit het raam te kijken. Kuipers: ‘Ja, maar ervaren collega’s hebben me op het hart gedrukt dat ik dat toch zeker ook moet doen.’

Additioneel onderzoek

Kijk gerust uit het raam, zeggen sommige critici, want al die experimenten in de ruimte hebben tot nu toe niet veel opgeleverd, zeker niet in termen van wetenschappelijke publicaties. Veel experimenten kunnen bovendien even goed op aarde worden gedaan. Uiteraard ziet Kuipers dat anders: ‘Vergeet niet dat heel veel onderzoek op aarde ook niets oplevert of mislukt. Maar het is waar: voor kortdurende testen onder gewichtloosheid hoef je de ruimte niet in. Tijdens parabolische vluchten kun je gedurende zo’n twintig seconden gewichtloosheid bereiken. De meeste experimenten die ik ga doen, vergen meer tijd en zijn additioneel, het onderzoek wordt op de grond voortgezet.’

‘Je moet’, zei hij in 1998 in een interview met dit blad, ‘het directe nut van fundamenteel medisch onderzoek voor de therapie niet overdrijven. Het wordt veel te vaak gebruikt, door NASA bijvoorbeeld, om de hoge kosten van de ruimtevaart te rechtvaardigen’.

Neem het experiment dat Kuipers uitvoert voor dr. Maikel Peppelenbosch van het AMC: typisch fundamenteel medisch-biologisch onderzoek.

Peppelenbosch constateert een stijgende incidentie van auto-immuunziekten zoals astma, voedsel- en andere allergieën, colitis ulcerosa en de ziekte van Crohn. ‘We hebben weliswaar NSAID’s en corticosteroïden, maar die middelen hebben nadelen en de patiëntengroep bij wie ze niet werken, groeit. Daarom zoeken we naar iets anders. We wisten dat bij astronauten, maar bijvoorbeeld ook bij ratten in gewichtloze toestand, immuunsuppressie optreedt. Het cytokinenprofiel verandert, de T-cel-respons wordt minder.’

Het lijkt erop dat het eiwit NFkappa B daarbij een cruciale rol speelt. ‘Het is één van de belangrijkste regulatoren van ontstekings- en immuunreacties. Onze speculatie is dat in gewichtloze toestand het cytoskelet verandert en dat dit invloed heeft op het transport van het eiwit van het cytoplasma naar de celkern. Kuipers zal kijken naar deze en andere parameters die de activatie van dit eiwit bepalen.’

Peppelenbosch heeft vijftien jaar rondgelopen met het idee. ‘Ruimtevaart werkt traag’, zegt hij. ‘En succes is niet gegarandeerd. Misschien keren onze

cellen wel terug als gelei. Het is, zeggen we hier vaak, letterlijk en figuurlijk een long shot.’

Educatief

Het long shot moet ook de interesse voor wetenschap en techniek bij de jeugd stimuleren. Een beetje zoals die sciencefictionboekjes dat in Kuipers’ geval deden. De Nederlandse astronaut heeft al de nodige chatsessies met kinderen achter de rug, en sommige van de proefjes die hij in de ruimte gaat doen, worden op video vastgelegd en hebben een puur educatief karakter. Kuipers: ‘Ik wil laten zien dat wetenschap niet alleen iets is voor nerds.’

Nieuwsgierigheid is daarbij volgens hem het trefwoord. De menselijke exploratiedrift is niet te stuiten, ook niet door zure critici, vindt Kuipers. ‘Ooit vroegen mensen zich af waarom we onderzoek zouden doen naar licht van één golflengte, lasers dus. Nu opereren we er ogen mee. Mensen die de bemande ruimtevaart bekritiseren, zijn van hetzelfde slag. Net als degenen die lang geleden verkondigden dat we niet thuishoren op de oceaan of in de lucht. Ik geef onmiddellijk toe: wij zijn gemaakt voor ongeveer 25 graden Celsius, 1 g zwaartekracht en 1 atmosfeer luchtdruk, en zodra we buiten deze specificaties komen - zoals in de ruimtevaart - moeten we ons aanpassen. Groot probleem op lange vluchten - zoals naar Mars - is het stralingsgevaar. Daar verzinnen we iets op, daar ben ik van overtuigd.’

Bloeddrukregulatie

Aan sommige problemen van een (langdurig) verblijf in de ruimte wordt nu al gewerkt, waaronder bekende zoals botontkalking en ruimteziekte, en wat minder bekende zoals rugklachten en een verstoorde bloeddrukregulatie.

In die laatste kwestie is de Amsterdamse fysioloog dr. John Karemaker geïnteresseerd. Hij bedacht een van de experimenten waarvoor Kuipers proefpersoon is. Karemaker: ‘In de ruimte treedt cardiovascular deconditioning op: het hart wordt kleiner en de bloedvaten reageren minder op sympatische prikkels. Terug op aarde heeft het lichaam moeite met de regulatie van bloeddruk en hartslag. In de ruimte zien astronauten er vaak wat opgezwollen uit: het bloed is naar de thorax en het hoofd verplaatst. Na enige tijd neemt daardoor het circulerend volume af. Na de landing kan de combinatie van deze ruimteaanpassingen leiden tot duizeligheid, misselijkheid of zelfs flauwvallen bij opstaan. Maar niet iedereen heeft daar in dezelfde mate last van.’

Daarom wil Karemaker weten wie daar ‘aanleg’ voor heeft. Hij onderwerpt astronauten, in casu André Kuipers, vóór de vlucht aan een uitgebreid onderzoek en na de vlucht aan een sta-test. Karemaker kijkt naar maten als hartfrequentie, hersendoorstroming, handhaving van de bloeddruk, baroreflexgevoeligheid. Hij test astronauten op een kieptafel die hen snel van ligstand in stastand kan brengen. Vervolgens kijkt hij hoe ze daarop reageren. Door de belangrijkste parameters in een computermodel in te voeren wil hij voorspellen wie een verhoogd risico loopt.

Patiënten die lang aan bed gekluisterd zijn geweest, kampen overigens met soortgelijke problemen. Karemaker: ‘Met de test kun je op den duur wellicht ook makkelijker vaststellen dat patiënten met een onbegrepen neiging tot flauwvallen geen cerebrale of cardiale stoornis hebben, maar ‘gewoon’ last hebben van een vasovagale collaps.’

Rugklachten

Bijna driekwart van de astronauten krijgt in de ruimte last van een of andere vorm van rugklachten, meer dan een kwart krijgt zelfs ernstige tot matige lage-rugklachten. Opmerkelijk, want op aarde zijn zulke klachten meestal het gevolg van te zware belasting, in de ruimte heerst echter gewichtloosheid. Biomechanicus prof.dr.ir. Chris Snijders van het Erasmus MC: ‘We willen van André precies te weten komen wanneer de eerste klachten zich aandienen en hoe ze zich ontwikkelen.’

Wat kan er aan de hand zijn?

Snijders: ‘Het onderste deel van het heiligbeen wordt vastgehouden door twee heupbeenderen. Daartoe is een diepgelegen spierkorset de gehele dag actief. Dat korset bestaat uit buik- en rugspieren (m. multifidus en m. transversus abdominis) die in zogeheten co-contractie opereren en op het niveau van de hersenschors worden aangestuurd. Onder gewichtloze omstandigheden kan spieratrofie optreden en neuromusculaire hermodellering. Er is inderdaad geen belasting in de lengterichting van de wervelkolom, maar er ontstaat wel een verandering van de vorm: een kyfose.’

De pijn komt voort uit overbelasting van bepaalde ligamenten, met name de iliolumbale. En ook hier is er een overeenkomst tussen astronauten en bedlegerige patiënten: bij proefpersonen die acht tot tien weken werden platgelegd, traden soortgelijke veranderingen in de betrokken spieren op.

Vermoedelijk is dit mechanisme ook betrokken bij bekkenbodeminstabiliteit.

‘De behandeling zou een vorm van biofeedback moeten zijn’, zegt Snijders. ‘Ze moet gericht zijn op het specifiek aanspannen van de betrokken spieren; de resultaten daarvan worden via echografie aan de patiënt zichtbaar gemaakt.’

Carrière-astronaut
Botontkalking, ruimteziekte, rugklachten, verstoorde bloeddrukregulatie - het moet wel raar lopen willen ze André Kuipers ervan weerhouden nog eens een sprong in het heelal te maken. ‘Ik ben een carrière-astronaut, en als zodanig in dienst bij de ESA. Dus ben ik beschikbaar voor volgende vluchten. Je kan tot je zestigste vliegen.’ Hij zou graag wat langer gaan. Maar die kans is niet heel groot: ESA doet voor slechts 8 procent mee aan het ISS. Toch blijft Kuipers hoopvol. Ondertussen zal hij zijn tijd nuttig besteden. Hij wordt adviseur van een groep (Healthcare network) die zich bezighoudt met de wijze waarop medische kennis die tijdens ruimtevluchten wordt vergaard ten dienste kan komen van de maatschappij. Maar de meeste tijd zal hij kwijt zijn als crew interface coordinator: het begeleiden van vluchten van collega’s. Hij houdt beide banen: dokter en astronaut.