Undersøgelse af astronauter kan forbedre sundheden i rummet og på jorden – Physics World

Undersøgelse af astronauter kan forbedre sundheden i rummet og på jorden – Physics World

Tidsstempel: 6. september 2023 kl. 5

Astronaut Thomas Pesquet ombord på ISS
Videnskab i rummet Astronaut Thomas Pesquet indsætter blodprøver til MARROW-undersøgelsen i Minus Eighty-Degree Laboratory Freezer ombord på den internationale rumstation. (Med høflighed: NASA)

Livet i rummet udsætter den menneskelige krop for ekstreme forhold - udsætter astronauter for stråling, fremkalder væskeskift og fjerner fysiske kræfter på skelettet. Rumflyvning kan også forårsage hæmolyse, ødelæggelse af røde blodlegemer, hvilket fører til "rumanæmi".

For at undersøge de sundhedsmæssige konsekvenser af langvarig rumflyvning undersøgte forskere ved University of Ottawa 14 astronauter, der vendte tilbage fra seks måneders missioner på den internationale rumstation. De undersøgte især ændringer i astronauternes knoglemarv før og efter deres missioner. Undersøgelsen, rapporteret i Nature Communications, afslørede, at rumrejser udtømmer røde blodlegemer og knogler, men at kroppen ved tilbagevenden til Jorden restituerer ved hjælp af fedt, der er lagret i knoglemarven.

"Vi fandt ud af, at astronauter havde betydeligt mindre fedt i deres knoglemarv omkring en måned efter hjemkomsten til Jorden," siger seniorforfatter Guy Trudel fra University of Ottawa og The Ottawa Hospital i en pressemeddelelse. "Vi tror, ​​at kroppen bruger dette fedt til at hjælpe med at erstatte røde blodlegemer og genopbygge knogler, der er gået tabt under rumrejser."

Kom sig efter rumflyvning

Undersøgelsen omfattede 11 mandlige og tre kvindelige astronauter. Deltagerne gennemgik MR-billeddannelse og spektroskopi af lændehvirvlerne omkring 100 dage før flygning og cirka 41 dage, seks måneder og et år efter at have vendt tilbage til Jorden. Ved at bruge tre kvantitative MR-teknikker observerede Trudel og kollegaer, at 41 dage efter landing var astronauternes knoglemarvsfedt faldet med 4.2 % fra præflight-værdier.

For at undersøge potentielle mekanismer for denne reduktion i knoglemarvsfedt (BMA), undersøgte holdet, om det var forbundet med astronauternes bedring fra rumanæmi, som det sker, når tilbagevenden til Jordens tyngdekraft udløser øget produktion af røde blodlegemer. Tre dage efter landing viste blodprøveanalyse, at astronauterne havde 10.4 % færre røde blodlegemer end før deres rummissioner, hvilket bekræftede, at de led af rumanæmi.

41 dage efter flyvningen målte forskerne 18.9 % højere koncentration af retikulocytter (umodne røde blodlegemer) i astronauternes blod end ved preflight. Disse ændringer var rumligt og tidsmæssigt korreleret med ændringer i knoglemarvsfedt, hvilket forstærker teorien om, at BMA-nedregulering skyldes lokalt forbrug af fedtsyrer for at understøtte produktionen af ​​røde blodlegemer.

Ud over at miste røde blodlegemer lider astronauter også af tab af knoglemasse eller "rum osteopeni". Forskerne undersøgte således, om BMA-reduktion også var korreleret med astronauters restitution fra denne tilstand ved genudsættelse for tyngdekraften. De fandt, at 41 dage efter landing var serum- og urinmarkører for knogledannelse øget i forhold til baseline-niveauer.

De brugte også dobbeltenergi røntgenabsorptiometri til at undersøge vertebral knoglemineraltæthed før og efter rumflyvning. Astronauterne tabte i gennemsnit 0.03±0.03 g/cm2 vertebral knoglemasse 3-18 dage efter flyvning sammenlignet med preflight. Seks til ni måneder efter landing var dette kommet sig noget, men var stadig lidt under baseline-niveauet. Disse resultater understøtter en anden mulig mekanisme for BMA-nedregulering - den lokale brug af fedtsyrer til at levere energiintensiv knogledannelse som reaktion på rumosteopeni.

"Da røde blodlegemer dannes i knoglemarven, og knogleceller omgiver knoglemarven, giver det mening, at kroppen ville bruge det lokale knoglemarvsfedt som en foretrukken energikilde til at brænde røde blodlegemer og knogleproduktion," forklarer Trudel. "Vi ser frem til at undersøge dette yderligere under forskellige kliniske forhold på Jorden."

Kønsspecifikke forskelle

Forskerne fandt ud af, at knogletabet kun var statistisk signifikant for de mandlige astronauter, hvilket fik dem til at udforske potentielle kønsspecifikke ændringer i BMA efter langvarig rumflyvning. På Jorden har præmenopausale kvinder generelt lavere BMA end mænd, og i denne kohorte havde de kvindelige astronauter 11.1 % lavere lændemarvsfedt ved preflight end de mandlige astronauter.

41 dage efter flyvningen viste kvindelige og mandlige astronauter identisk nedregulering af lumbal BMA. Men målinger efter seks måneder og et år afslørede, at mens mandlige astronauters BMA gradvist vendte tilbage til normale niveauer, opstod BMA betydeligt hos kvindelige astronauter. MR-data viste, at efter et år efter flyvningen var forskellen mellem mænd og kvinder forsvundet. Forskerne foreslår, at denne kønsspecifikke modulering af BMA fortjener yderligere undersøgelse i større populationer.

Holdet testede også astronautalderens indvirkning på vertebral BMA-modulation efter langvarig rumflyvning. De fandt ud af, at jo yngre astronauten er, desto større er faldet i knoglemarvsfedt 41 dage efter landing.

Forskerne understreger, at disse fund hos astronauter også kan hjælpe mennesker på Jorden, såsom patienter med anæmi, der har mistet muskel- og knoglemasse efter langvarig sygdom og begrænset mobilitet. "Jeg håber, at denne forskning vil hjælpe folk med at komme sig over immobilitet på Jorden såvel som i rummet," siger Trudel. "Vores forskning kan også kaste lys over sygdomme som osteoporose, metabolisk syndrom, aldring og kræft, som er forbundet med stigninger i knoglemarvsfedt."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden