Badania na astronautach mogą poprawić zdrowie w kosmosie i na Ziemi – Świat Fizyki

Badania na astronautach mogą poprawić zdrowie w kosmosie i na Ziemi – Świat Fizyki

Znacznik czasu: 6 września 2023 5:00

Astronauta Thomas Pesquet na pokładzie ISS
Nauka w kosmosie Astronauta Thomas Pesquet umieszcza próbki krwi do badania MARROW w laboratoryjnej zamrażarce Minus E80Degree na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. (Dzięki uprzejmości: NASA)

Życie w kosmosie poddaje ludzkie ciało ekstremalnym warunkom – narażając astronautów na promieniowanie, wywołując przesunięcia płynów i usuwając siły fizyczne działające na szkielet. Loty kosmiczne mogą również powodować hemolizę, czyli zniszczenie czerwonych krwinek, co prowadzi do „anemii kosmicznej”.

Aby zbadać skutki zdrowotne długotrwałych lotów kosmicznych, naukowcy z Uniwersytetu w Ottawie przebadali 14 astronautów powracających z sześciomiesięcznych misji na Międzynarodową Stację Kosmiczną. W szczególności zbadali zmiany w szpiku kostnym astronautów przed misjami i po nich. Badanie, o którym mowa w Nature Communicationsodkryli, że podróże kosmiczne wyczerpują czerwone krwinki i kości, ale po powrocie na Ziemię organizm regeneruje się dzięki tłuszczowi zgromadzonemu w szpiku kostnym.

„Odkryliśmy, że astronauci mieli znacznie mniej tłuszczu w szpiku kostnym około miesiąc po powrocie na Ziemię” – mówi starszy autor Guya Trudela z Uniwersytetu w Ottawie i szpitala w Ottawie w oświadczeniu prasowym. „Uważamy, że organizm wykorzystuje ten tłuszcz, aby zastąpić czerwone krwinki i odbudować kości utracone podczas podróży kosmicznych”.

Rekonwalescencja po locie kosmicznym

W badaniu wzięło udział 11 astronautów i trzy kobiety-astronauci. Uczestnicy przeszli obrazowanie MR kręgów lędźwiowych i spektroskopię mniej więcej 100 dni przed lotem oraz około 41 dni, sześć miesięcy i rok po powrocie na Ziemię. Korzystając z trzech ilościowych technik MR, Trudel i współpracownicy zaobserwowali, że 41 dni po wylądowaniu zawartość tłuszczu w szpiku kostnym astronautów spadła o 4.2% w porównaniu z wartościami sprzed lotu.

Aby zbadać potencjalne mechanizmy tego zmniejszenia otyłości szpiku kostnego (BMA), zespół zbadał, czy ma to związek z wyzdrowieniem astronautów z anemii kosmicznej, która ma miejsce, gdy powrót do grawitacji Ziemi powoduje zwiększoną produkcję czerwonych krwinek. Trzy dni po wylądowaniu analiza próbek krwi wykazała, że ​​astronauci mieli o 10.4% mniej czerwonych krwinek niż przed misjami kosmicznymi, co potwierdza, że ​​cierpieli na anemię kosmiczną.

41 dni po locie naukowcy zaobserwowali o 18.9% wyższe stężenie retikulocytów (niedojrzałych czerwonych krwinek) we krwi astronautów niż przed lotem. Zmiany te były przestrzennie i czasowo skorelowane ze zmianami w zawartości tłuszczu w szpiku kostnym, co potwierdza teorię, że obniżenie poziomu BMA wynika z lokalnego spożycia kwasów tłuszczowych w celu wspomagania produkcji czerwonych krwinek.

Oprócz utraty czerwonych krwinek astronauci cierpią również na utratę masy kostnej, czyli „kosmiczną osteopenię”. W ten sposób naukowcy sprawdzili, czy redukcja BMA była również skorelowana z wyzdrowieniem astronautów z tego stanu po ponownym wystawieniu na działanie grawitacji. Odkryli, że 41 dni po wylądowaniu poziom markerów tworzenia kości w surowicy i moczu wzrósł w porównaniu z poziomem wyjściowym.

Wykorzystali także absorpcjometrię promieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii do zbadania gęstości mineralnej kości kręgów przed lotem kosmicznym i po nim. Astronauci stracili średnio 0.03±0.03 g/cm2 masę kości kręgów 3–18 dni po locie w porównaniu z przed lotem. Sześć do dziewięciu miesięcy po wylądowaniu sytuacja nieco się poprawiła, ale nadal pozostawała nieco poniżej poziomu wyjściowego. Odkrycia te potwierdzają drugi możliwy mechanizm regulacji w dół BMA – lokalne wykorzystanie kwasów tłuszczowych w celu zapewnienia energochłonnego tworzenia kości w odpowiedzi na osteopenię przestrzenną.

„Ponieważ czerwone krwinki powstają w szpiku kostnym, a komórki kostne otaczają szpik kostny, logiczne jest, że organizm zużywa lokalny tłuszcz ze szpiku kostnego jako preferowane źródło energii do napędzania czerwonych krwinek i produkcji kości” – wyjaśnia Trudla. „Nie możemy się doczekać dalszych badań w różnych warunkach klinicznych na Ziemi”.

Różnice specyficzne dla płci

Naukowcy odkryli, że utrata masy kostnej była statystycznie istotna jedynie w przypadku astronautów płci męskiej, co skłoniło ich do zbadania potencjalnych, specyficznych dla płci zmian w BMA po długotrwałym locie kosmicznym. Na Ziemi kobiety przed menopauzą mają na ogół niższe BMA niż mężczyźni, a w tej kohorcie astronautki miały przed lotem o 11.1% niższy poziom tłuszczu w szpiku kostnym w odcinku lędźwiowym niż astronauci płci męskiej.

Po 41 dniach od lotu astronauci i astronauci wykazali identyczne obniżenie poziomu BMA w odcinku lędźwiowym. Jednakże pomiary przeprowadzone po sześciu miesiącach i roku wykazały, że podczas gdy BMA astronautów płci męskiej stopniowo wracało do normalnego poziomu, BMA znacznie wzrastało u astronautek. Dane MR wykazały, że rok po locie różnica między mężczyznami a kobietami zniknęła. Naukowcy sugerują, że ta specyficzna dla płci modulacja BMA zasługuje na dalsze badania w większych populacjach.

Zespół przetestował także wpływ wieku astronautów na modulację BMA kręgów po długotrwałym locie kosmicznym. Odkryli, że im młodszy astronauta, tym większy spadek tkanki tłuszczowej w szpiku kostnym 41 dni po wylądowaniu.

Naukowcy podkreślają, że odkrycia przeprowadzone u astronautów mogą pomóc także ludziom na Ziemi, np. pacjentom z anemią, którzy utracili masę mięśniową i kostną w wyniku długotrwałej choroby i ograniczonej sprawności ruchowej. „Mam nadzieję, że te badania pomogą ludziom odzyskać siły po bezruchu na Ziemi i w kosmosie” – mówi Trudel. „Nasze badania mogą również rzucić światło na choroby takie jak osteoporoza, zespół metaboliczny, starzenie się i nowotwory, które wiążą się ze wzrostem poziomu tłuszczu w szpiku kostnym”.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki