Lot kosmiczny robi dziwne rzeczy z ciałami astronautów

Astronauta Karen Nyburg używa fundoskopu do badania wzroku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. NASA

Astronauta Scott Kelly żył i pracował na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przez 340 dni — to najdłuższy czas, jaki Amerykanin spędził w kosmosie. Jego misja dała naukowcom pewien istotny wgląd w to, co dzieje się z ludzkim ciałem podczas długich pobytów na orbicie. To dlatego, że Kelly ma identycznego bliźniaka, Marka (również astronautę, a wkrótce zostanie senatorem USA). Bliźniacy Kelly oferowali naukowcom rzadką okazję: kiedy badali, co stało się z ciałem Scotta podczas jego roku w kosmosie, skorzystali z obiektu kontrolnego, Marka, który pozostał na Ziemi.

ten Badanie bliźniaków NASA dostarczył więcej dowodów na to, co już podejrzewaliśmy. W zamkniętej kapsułce w warunkach mikrograwitacji i długotrwałej ekspozycji na promieniowanie, układ odpornościowy zostaje uderzony, oko zmienia kształt na gorsze i następuje znaczna utrata masy mięśniowej i kostnej.

Ale dowiedzieliśmy się też o kilku zaskakujących efektach. Kelly doświadczył zmian w mikrobiomie jelitowym, jego zdolności poznawcze uległy spowolnieniu, niektóre geny włączały się i wyłączały, a jego chromosomy doznały zmian strukturalnych.

Badanie Twins dało nam pierwszy szkic odpowiedzi molekularnych ludzkiego ciała na lot kosmiczny, ale te zarysy musiały zostać wypełnione, mówi Christopher Mason, profesor fizjologii i biofizyki w Weill Cornell Medicine. Zmiany, które widzieliśmy, wymagały więcej kontekstu i replikacji. Potrzebowaliśmy dodatkowych badań, aby zmapować częstotliwość zmian, które zaobserwowaliśmy u innych astronautów i innych organizmów, które wylatują w kosmos, a także aby sprawdzić, czy stopień zmian był podobny w przypadku krótszych misji.

To prowadzi nas do nowego pakietu badań, który opiera się na badaniu Twins, ponownej analizie niektórych oryginalnych danych za pomocą nowych technik i zapewnieniu porównań z innymi astronautami. W zestawie 19 badań opublikowanych dzisiaj w wielu różnych czasopismach (wraz z 10 preprintami, które wciąż są recenzowane), naukowcy tacy jak Mason (starszy autor 14 artykułów) badali zmiany fizjologiczne, biochemiczne i genetyczne, które wystąpiły w 56 astronautów (w tym Kelly), którzy spędzili czas w kosmosie — największe tego typu badanie, jakie kiedykolwiek przeprowadzono.

Nowe artykuły, które zawierają wyniki z technik profilowania komórek i sekwencjonowania genów, które dopiero niedawno stały się łatwiejsze w obsłudze, ujawniają, że istnieją pewne cechy lotów kosmicznych, które konsekwentnie pojawiają się u ludzi, myszy i innych zwierząt, gdy udają się w kosmos. mówi Mason. Wydaje się, że istnieje podstawowy zestaw adaptacji i reakcji ssaków na rygory lotu kosmicznego.

Dobre, złe i niewytłumaczalne

Naukowcy podkreślają sześć zmian biologicznych występujące u wszystkich astronautów podczas lotów kosmicznych: stres oksydacyjny (nadmierna akumulacja wolnych rodników w komórkach organizmu), uszkodzenie DNA, dysfunkcja mitochondriów, zmiany w regulacji genów, zmiany długości telomerów (końcówki chromosomów, które skracają się wraz z wiekiem) oraz zmiany w mikrobiomie jelitowym.

Spośród tych sześciu zmian największą i najbardziej zaskakującą dla naukowców była: dysfunkcja mitochondriów . Mitochondria odgrywają kluczową rolę w wytwarzaniu energii chemicznej niezbędnej do utrzymania funkcjonowania komórek, a co za tym idzie tkanek i narządów. Naukowcy odkryli nieregularne działanie mitochondriów u dziesiątek astronautów i byli w stanie szeroko scharakteryzować te zmiany dzięki nowym technikom genomiki i proteomiki. Afshin Beheshti, bioinformatyk z NASA i starszy autor książki jedno badanie , mówi, że tłumienie mitochondriów pomaga wyjaśnić, jak wiele problemów doświadczanych przez astronautów (takich jak niedobory układu odpornościowego, zaburzony rytm dobowy i powikłania narządowe) jest w rzeczywistości holistycznie powiązanych ze sobą, ponieważ wszystkie one opierają się na tych samych szlakach metabolicznych.

Kiedy jesteś w kosmosie, to nie tylko jedno ciało lub narząd jest dotknięte, ale całe ciało jest dotknięte, mówi Beheshti. „Zaczęliśmy łączyć kropki”.

Inne badania skupiały się na problemach zaobserwowanych na poziomie genetycznym. Badanie Twins wykazało, że telomery Kelly'ego wydłużały się w kosmosie, zanim wkrótce po powrocie na Ziemię zmniejszyły się do normalnej lub nawet mniejszej długości. Telomery podobno skracają się z wiekiem, więc wydłużanie nie ma większego sensu, a badanie bliźniąt nie dostarczyło wystarczających danych, aby nasunąć jakiekolwiek rzeczywiste wnioski, dlaczego tak się stało i jakie były skutki.

Susan Bailey, ekspert w dziedzinie badań nad telomerami z Uniwersytetu Stanowego Kolorado i starsza autorka kilku artykułów, mówi, że nowe badania wykazały, że 10 innych astronautów doświadczyłem tego samego wydłużenia telomerów Kelly zrobił to niezależnie od czasu trwania misji – a także tego samego telomeru, który kurczył się po powrocie na Ziemię.

Warto zauważyć, że jeden z artykułów w nowym pakiecie odkrył, że dłuższe telomery są również powiązane ze wspinaczami na Mount Everest. Dla Bailey i jej współpracowników sugeruje to, że wydłużanie telomerów jest… dotkniętych stresem oksydacyjnym — coś, czego doświadczają zarówno wspinacze, jak i astronauci, a co zakłóca prawidłowe utrzymanie telomerów.

Astronauta Akihiko Hoshide czerpie krew z żyły na MSK.

NASA

Nadal próbują określić, jak działają te ścieżki i jakie mogą być konsekwencje ( to chyba nie jest tajemnica długowieczności ), ale teraz mamy fundamenty, na których możemy się oprzeć — wiemy, czego szukać i być świadomym przyszłych astronautów podczas długotrwałych misji eksploracyjnych [i głębokiego kosmosu], mówi.

Chociaż niektóre zmiany są nieoczekiwane, wiele nie jest powodem do niepokoju. To, co jest dla mnie niesamowite, to to, jak dobrze przystosowujemy się do kosmosu, mówi Jeffrey Sutton, dyrektor Centrum Medycyny Kosmicznej Baylor College of Medicine, który nie był zaangażowany w nowe badania. Mutacje krwinek zmniejszyły się u Kelly'ego, gdy był w kosmosie (całkowita niespodzianka dla Masona). Wystawiali się również astronauci obniżony poziom biomarkerów związanych ze starzeniem się oraz podwyższony poziom mikroRNA które regulują reakcję układu naczyniowego na uszkodzenia popromienne i mikrograwitację. Jednym z najdziwniejszych odkryć było to, że mikrobiomy jelitowe astronautów zdołały sprowadzić na Ziemię mikroby kosmiczne znalezione na ISS.

Badania indywidualne i zbiorowe są naprawdę imponujące, mówi Sutton. Wkroczyliśmy w nową erę kosmicznych badań biomedycznych, w której podejścia i narzędzia medycyny precyzyjnej i translacyjnej są stosowane w celu poszerzenia naszej wiedzy o adaptacji człowieka do kosmosu.

Długofalowe zmartwienia

Ostatecznie jednak dane pokazują, jak wielkie spustoszenie i stres napotykają nawet najzdrowsze ciała podczas misji kosmicznych – co powinno mieć wpływ na planowanie dłuższych misji. Nie sądzę, abyśmy byli blisko wysyłania nieprzeszkolonych ludzi w kosmos na naprawdę długi czas, mówi Scott Kelly.

Fizjologicznie uważa, że ​​wysyłanie ludzi na Marsa i z powrotem jest prawdopodobnie bezpieczne. Jednak w odległej przyszłości zamiast na Marsa udamy się na księżyce Jowisza lub Saturna, mówi. Będziesz latał w kosmosie. W tym momencie będziemy musieli bliżej przyjrzeć się sztucznej grawitacji jako łagodzeniu. Nie chciałbym przybywać na powierzchnię innego ciała planetarnego i nie móc funkcjonować. Mniej więcej rok jest wykonalny. Kilka lat prawdopodobnie nie jest.

Scott Kelly używa ultradźwięków do zobrazowania swojej żyły szyjnej za pomocą Giennadija Padalki, aby ocenić skuteczność środka zaradczego podciśnienia w dolnej części ciała stosowanego do odwrócenia przesunięcia płynu w kierunku głowy, które ma miejsce w nieważkości przestrzeni kosmicznej.

NASA

Nadal jesteśmy dalecy od konieczności oceny tego rodzaju ryzyka. Mason i jego koledzy sugerują, że powinny istnieć farmakologiczne strategie ograniczania wpływu grawitacji na ciała powracających astronautów.

Sutton wierzy medycyna precyzyjna mogą odegrać ogromną rolę w dostosowywaniu tych leków do ochrony astronautów przed skutkami mikrograwitacji i promieniowania. Wspólne reakcje biologiczne między astronautami a wspinaczami na Mount Everest sugerują, że niektóre interwencje stosowane w celu ochrony sportowców ekstremalnych przed stresem oksydacyjnym mogą być stosowane również w przypadku astronautów.

Potrzebujemy więcej danych — i więcej populacji do porównania. Mason, Bailey i ich koledzy zaczynają zbierać profile komórkowe i genowe większej liczby astronautów , zwłaszcza tych, którzy wyjeżdżają na przyszłe misje całoroczne. Chcą także badać osoby, które doświadczyły innych warunków podobnych do lotów kosmicznych, takich jak pacjenci radioterapii, piloci i stewardesy.

Im więcej wiemy o skutkach zdrowotnych długotrwałych lotów kosmicznych, tym lepiej będziemy mogli pomóc utrzymać zdrowie i wydajność astronautów podczas i po locie kosmicznym, mówi Bailey. Taka wiedza przynosi korzyści również tym z nas na Ziemi — wszyscy martwimy się starzeniem i złym stanem zdrowia.

Ten post został zaktualizowany o komentarze Afshin Beheshti.

ukryć