Onderzoek bij astronauten zou de gezondheid in de ruimte en op aarde kunnen verbeteren – Physics World

Onderzoek bij astronauten zou de gezondheid in de ruimte en op aarde kunnen verbeteren – Physics World

Tijdstempel: 6 september 2023 5:00 uur

Astronaut Thomas Pesquet aan boord van het ISS
Wetenschap in de ruimte Astronaut Thomas Pesquet brengt bloedmonsters voor het MARROW-onderzoek in de Minus Eighty-Degree Laboratory Freezer aan boord van het internationale ruimtestation. (Met dank aan: NASA)

Het leven in de ruimte onderwerpt het menselijk lichaam aan extreme omstandigheden, waarbij astronauten worden blootgesteld aan straling, vloeistofverschuivingen worden veroorzaakt en fysieke krachten op het skelet worden weggenomen. Ruimtevluchten kunnen ook hemolyse veroorzaken, de vernietiging van rode bloedcellen, wat leidt tot ‘ruimteanemie’.

Om de gevolgen voor de gezondheid van langdurige ruimtevluchten te onderzoeken, bestudeerden onderzoekers van de Universiteit van Ottawa 14 astronauten die terugkeerden van missies van zes maanden in het internationale ruimtestation. In het bijzonder onderzochten ze veranderingen in het beenmerg van de astronauten voor en na hun missies. Het onderzoek, gerapporteerd in Nature Communications, onthulde dat ruimtevaart rode bloedcellen en botten uitput, maar dat het lichaam bij terugkeer op aarde herstelt met behulp van vet dat is opgeslagen in het beenmerg.

“We ontdekten dat astronauten ongeveer een maand na hun terugkeer op aarde aanzienlijk minder vet in hun beenmerg hadden”, zegt senior auteur Kerel Trudel van de Universiteit van Ottawa en het Ottawa Hospital in een persverklaring. “We denken dat het lichaam dit vet gebruikt om rode bloedcellen te vervangen en bot weer op te bouwen dat tijdens de ruimtevaart verloren is gegaan.”

Herstellend van een ruimtevlucht

Aan het onderzoek namen elf mannelijke en drie vrouwelijke astronauten deel. De deelnemers ondergingen MRI-scans en spectroscopie van de lumbale wervels ongeveer 11 dagen vóór de vlucht en ongeveer 100 dagen, zes maanden en een jaar na hun terugkeer naar de aarde. Met behulp van drie kwantitatieve MR-technieken constateerden Trudel en collega's dat 41 dagen na de landing het beenmergvet van de astronauten met 41% was afgenomen ten opzichte van de waarden vóór de vlucht.

Om mogelijke mechanismen voor deze vermindering van het beenmergvet (BMA) te onderzoeken, onderzocht het team of dit verband hield met het herstel van de astronauten van bloedarmoede in de ruimte, zoals gebeurt wanneer de terugkeer naar de zwaartekracht van de aarde een verhoogde productie van rode bloedcellen veroorzaakt. Drie dagen na de landing bleek uit bloedmonsteranalyse dat de astronauten 10.4% minder rode bloedcellen hadden dan vóór hun ruimtemissies, wat bevestigde dat ze aan ruimtebloedarmoede leden.

41 dagen na de vlucht maten de onderzoekers een 18.9% hogere concentratie reticulocyten (onrijpe rode bloedcellen) in het bloed van de astronauten dan tijdens de preflight. Deze veranderingen waren ruimtelijk en in de tijd gecorreleerd met veranderingen in het beenmergvet, wat de theorie versterkte dat de BMA-downregulatie het gevolg is van de lokale consumptie van vetzuren om de productie van rode bloedcellen te ondersteunen.

Naast het verlies van rode bloedcellen lijden astronauten ook aan verlies van botmassa, oftewel ‘ruimte-osteopenie’. De onderzoekers onderzochten dus of de BMA-reductie ook gecorreleerd was met het herstel van astronauten van deze aandoening na hernieuwde blootstelling aan de zwaartekracht. Ze ontdekten dat 41 dagen na de landing de serum- en urinemarkers van botvorming waren gestegen ten opzichte van de uitgangswaarden.

Ze gebruikten ook dual-energy röntgenabsorptiometrie om de mineraaldichtheid van het wervelbot voor en na de ruimtevlucht te onderzoeken. De astronauten verloren gemiddeld 0.03 ± 0.03 g/cmXNUMX2 wervelbotmassa 3-18 dagen na de vlucht vergeleken met vóór de vlucht. Zes tot negen maanden na de landing was dit enigszins hersteld, maar het lag nog steeds iets onder het basisniveau. Deze bevindingen ondersteunen een tweede mogelijk mechanisme voor downregulatie van BMA: het lokale gebruik van vetzuren om energie-intensieve botvorming te leveren als reactie op osteopenie in de ruimte.

“Aangezien rode bloedcellen worden aangemaakt in het beenmerg en botcellen het beenmerg omringen, is het logisch dat het lichaam het lokale beenmergvet zou gebruiken als een preferentiële energiebron om de productie van rode bloedcellen en botten te stimuleren”, legt hij uit. Trudel. “We kijken ernaar uit om dit verder te onderzoeken in verschillende klinische omstandigheden op aarde.”

Geslachtsspecifieke verschillen

De onderzoekers ontdekten dat het botverlies alleen statistisch significant was voor de mannelijke astronauten, wat hen ertoe aanzette potentiële seksespecifieke veranderingen in BMA na langdurige ruimtevluchten te onderzoeken. Op aarde hebben vrouwen in de pre-menopauze over het algemeen een lager BMA dan mannen, en in dit cohort hadden de vrouwelijke astronauten vóór de vlucht 11.1% minder lumbaal beenmergvet dan de mannelijke astronauten.

41 dagen na de vlucht vertoonden vrouwelijke en mannelijke astronauten een identieke downregulatie van de lumbale BMA. Uit metingen na zes maanden en één jaar bleek echter dat, terwijl de BMA van mannelijke astronauten geleidelijk terugkeerde naar een normaal niveau, de BMA aanzienlijk toenam bij vrouwelijke astronauten. Uit MRI-gegevens bleek dat het verschil tussen man en vrouw een jaar na de vlucht verdwenen was. De onderzoekers suggereren dat deze geslachtsspecifieke modulatie van BMA verder onderzoek in grotere populaties verdient.

Het team testte ook de impact van de leeftijd van de astronaut op de BMA-modulatie van de wervels na langdurige ruimtevluchten. Ze ontdekten dat hoe jonger de astronaut, hoe groter de afname van het beenmergvet 41 dagen na de landing.

De onderzoekers benadrukken dat deze bevindingen bij astronauten ook mensen op aarde kunnen helpen, zoals patiënten met bloedarmoede die spier- en botmassa hebben verloren na langdurige ziekte en beperkte mobiliteit. “Ik heb goede hoop dat dit onderzoek mensen zal helpen herstellen van hun immobiliteit, zowel op aarde als in de ruimte”, zegt Trudel. “Ons onderzoek zou ook licht kunnen werpen op ziekten zoals osteoporose, metabool syndroom, veroudering en kanker, die geassocieerd zijn met een toename van beenmergvet.”

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld