Kosminiai skrydžiai daro keistų dalykų astronautų kūnams

Astronautė Karen Nyburg naudoja fundoskopą akims apžiūrėti Tarptautinėje kosminėje stotyje. NASA

Astronautas Scottas Kelly puikiai gyveno ir dirbo Tarptautinėje kosminėje stotyje 340 dienų – ilgiausią laiką, kurį amerikietis praleido kosmose. Jo misija suteikė mokslininkams gyvybiškai svarbios informacijos apie tai, kas nutinka žmogaus kūnui ilgai būnant orbitoje. Taip yra todėl, kad Kelly turi identišką dvynį Marką (taip pat astronautą, o dabar netrukus tapsiantį JAV senatoriumi). Kelly dvyniai mokslininkams pasiūlė retą galimybę: tyrinėdami, kas atsitiko Scotto kūnui per jo kosmose metus, jiems buvo naudingas kontrolinis subjektas Markas, kuris liko Žemėje.

The NASA dvynių tyrimas pateikė daugiau įrodymų dėl to, ką jau įtarėme. Uždaroje kapsulėje, veikiant mikrogravitacijai ir ilgai veikiant spinduliuotei, imuninė sistema nukenčia, akis keičia formą į blogesnę pusę ir pastebimai sumažėja raumenų ir kaulų masė.

Tačiau mes taip pat sužinojome apie kai kuriuos stebinančius efektus. Kelly patyrė žarnyno mikrobiomo pokyčius, jo pažinimo gebėjimai sulėtėjo, tam tikri genai išsijungdavo ir įsijungdavo, o jo chromosomos patyrė struktūrinius pokyčius.

Dvynių tyrimas davė mums pirmąjį žmogaus kūno molekulinių reakcijų į kosminius skrydžius eskizą, tačiau šiuos kontūrus reikėjo užpildyti, sako Christopheris Masonas, Weill Cornell Medicine fiziologijos ir biofizikos docentas. Pakeitimams, kuriuos matėme, reikėjo daugiau konteksto ir pakartoti. Mums reikėjo papildomų tyrimų, kad galėtume nustatyti pokyčių, kuriuos stebėjome kituose astronautuose ir kituose organizmuose, kurie patenka į kosmosą, dažnį, taip pat išsiaiškinti, ar pokyčių laipsnis buvo panašus trumpesnių misijų metu.

Tai atveda mus prie naujo tyrimų paketo, paremto Dvynių tyrimu, iš naujo analizuojant kai kuriuos pradinius duomenis naudojant naujus metodus ir pateikiant palyginimus su kitais astronautais. 19 tyrimų, šiandien paskelbtų daugybėje skirtingų žurnalų (kartu su 10 išankstinių atspaudų, kurie vis dar peržiūrimi kolegų), mokslininkai, tokie kaip Masonas (vyresnysis 14 straipsnių autorius), ištyrė fiziologinius, biocheminius ir genetinius pokyčius, įvykusius 56 astronautai (įskaitant Kelly), praleidę laiką erdvėje – didžiausias kada nors atliktas tokio pobūdžio tyrimas.

Nauji dokumentai, kuriuose pateikiami ląstelių profiliavimo ir genų sekos nustatymo metodų rezultatai, kuriuos neseniai tapo lengviau vykdyti, atskleidžia, kad yra keletas skrydžio į kosmosą ypatybių, kurios nuolat atsiranda žmonėms, pelėms ir kitiems gyvūnams, kai jie patenka į kosmosą. sako Masonas. Atrodo, kad yra esminis žinduolių prisitaikymas ir atsakas į kosminių skrydžių sunkumus.

Geras, blogas ir nepaaiškinamas dalykas

Tyrėjai pabrėžia šeši biologiniai pokyčiai kurie atsiranda visiems astronautams skrydžio į kosmosą metu: oksidacinis stresas (per didelis laisvųjų radikalų kaupimasis organizmo ląstelėse), DNR pažeidimas, mitochondrijų disfunkcija, genų reguliavimo pokyčiai, telomerų ilgio pokyčiai (chromosomų galai, kurie sutrumpėja). su amžiumi) ir žarnyno mikrobiomo pokyčius.

Iš šių šešių pokyčių didžiausias ir labiausiai stebinantis mokslininkus buvo mitochondrijų disfunkcija . Mitochondrijos vaidina lemiamą vaidmenį gaminant cheminę energiją, reikalingą ląstelėms, o kartu ir audiniams bei organams, palaikyti. Tyrėjai nustatė nereguliarų mitochondrijų veikimą dešimtyse astronautų ir sugebėjo plačiai apibūdinti šiuos pokyčius dėl naujų genomikos ir proteomikos metodų. Afshin Beheshti, NASA bioinformatikas ir vyresnysis autorius vienas tyrimas , sako, kad mitochondrijų slopinimas padeda paaiškinti, kiek problemų, su kuriomis susidūrė astronautai (pvz., imuninės sistemos trūkumai, sutrikęs cirkadinis ritmas ir organų komplikacijos), iš tikrųjų yra visapusiškai susijusios viena su kita, nes visos jos priklauso nuo tų pačių medžiagų apykaitos kelių.

Kai esate erdvėje, paveikiamas ne tik vienas ar organas, bet ir visas kūnas, sako Beheshti. „Pradėjome jungti taškus“.

Kiti tyrimai buvo susiję su problemomis, pastebėtomis genetiniu lygmeniu. Dvynių tyrimas parodė, kad Kelly telomerai pailgėjo erdvėje, o vėliau susitraukė iki normalaus ar net trumpesnio ilgio netrukus po to, kai jis grįžo į Žemę. Manoma, kad telomerai su amžiumi trumpėja, todėl ilginimas neturi prasmės, o dvynių tyrimas nepateikė pakankamai duomenų, kad būtų galima padaryti realias išvadas, kodėl taip atsitiko ir kokie buvo padariniai.

Susan Bailey, Kolorado valstijos universiteto telomerų tyrimų ekspertė ir vyresnioji kelių straipsnių autorė, teigia, kad naujajame tyrime nustatyta, kad 10 kitų astronautų. patyrė tą patį telomerų pailgėjimą Kelly padarė nepaisydama misijos trukmės, taip pat telomerų susitraukimo, kai jie sugrįžo į Žemę.

Pažymėtina, kad viename iš naujojo paketo dokumentų buvo nustatyta, kad ilgesni telomerai taip pat buvo susiję su Everesto alpinistais. Bailey ir jos kolegoms tai rodo, kad telomerų pailgėjimas yra paveiktas oksidacinio streso – tai, ką patiria alpinistai ir astronautai, ir dėl to sutrinka tinkama telomerų priežiūra.

Astronautas Akihiko Hoshide'as ima kraują iš savo venos TKS.

NASA

Jie vis dar bando tiksliai nustatyti, kaip šie būdai veikia ir kokios tiksliai gali būti pasekmės ( tai tikriausiai nėra ilgaamžiškumo paslaptis ), tačiau dabar turime pagrindą, kuriuo galime remtis – žinome, ko ieškoti ir apie ką žinoti būsimiems astronautams, vykdantiems ilgalaikes [ir gilios erdvės] tyrinėjimo misijas, sako ji.

Nors kai kurie pokyčiai netikėti, daugelis nekelia nerimo. Mane stebina tai, kaip gerai prisitaikome prie kosmoso, sako Jeffrey'us Suttonas, Baylor College of Medicine kosmoso medicinos centro direktorius, kuris nedalyvavo su naujuoju tyrimu. Kai Kelly buvo kosmose, kraujo ląstelių mutacijų sumažėjo (visiška staigmena Masonui). Eksponavo ir astronautai sumažėjęs su senėjimu susijusių biomarkerių kiekis ir padidėjęs mikroRNR kiekis kurie reguliuoja kraujagyslių sistemos reakciją į radiacijos žalą ir mikrogravitaciją. Vienas keisčiausių atradimų buvo tai, kad astronautų žarnyno mikrobiomams pavyko sugrąžinti TKS rastus kosminius mikrobus į Žemę.

Studijos individualiai ir kolektyviai yra tikrai įspūdingos, sako Sutton. Įžengėme į naują kosmoso biomedicininių tyrimų erą, kur taikomi tikslios ir transliacinės medicinos metodai ir įrankiai, siekiant pagerinti mūsų supratimą apie žmogaus prisitaikymą prie erdvės.

Tolimų kelionių rūpesčiai

Tačiau galiausiai duomenys parodo, kiek sumaišties ir streso net sveikiausi kūnai patiria kosminių misijų metu – tai turėtų turėti įtakos planuojant ilgesnes misijas. Nemanau, kad galėtume siųsti neapmokytus žmones į kosmosą tikrai ilgam laikui, sako Scottas Kelly.

Fiziologiškai jis mano, kad tikriausiai saugu siųsti žmones į Marsą ir atgal. Tačiau tolimoje ateityje, užuot vykę į Marsą, keliausime į Jupiterio ar Saturno palydovus, sako jis. Jūs būsite kosmose daugelį metų. Ir tuo metu turėsime atidžiau pažvelgti į dirbtinę gravitaciją kaip švelninimo priemonę. Nenorėčiau atvykti į kito planetinio kūno paviršių ir negalėti veikti. Metai ar daugiau yra tinkami. Keli metai tikriausiai ne.

Scottas Kelly naudoja ultragarsu, kad atvaizduotų savo jungo veną, padedamas Gennady Padalka, kad įvertintų apatinės kūno dalies neigiamo slėgio atsakomosios priemonės, naudojamos siekiant pakeisti skysčių poslinkį į galvą, kuris vyksta nesvarumo erdvės aplinkoje, efektyvumą.

NASA

Mums dar toli, kad galėtume įvertinti tokias rizikas. Masonas ir jo kolegos siūlo sukurti farmakologines strategijas, kurios sumažintų gravitacijos poveikį grįžtančių astronautų kūnams.

Suttonas tiki tikslioji medicina galėtų atlikti didžiulį vaidmenį pritaikant tuos vaistus, kad apsaugotų astronautus nuo mikrogravitacijos ir radiacijos poveikio. Bendri astronautų ir Everesto alpinistų biologiniai atsakai rodo, kad kai kurios intervencijos, naudojamos ekstremalaus sporto sportininkams apsaugoti nuo oksidacinio streso, gali būti taikomos ir astronautams.

Mums reikia daugiau duomenų ir daugiau populiacijų palyginimui. Mason, Bailey ir jų kolegos pradeda rinkti daugiau astronautų ląstelių ir genų profilius , ypač tie, kurie vyksta į būsimas metų trukmės misijas. Jie taip pat nori ištirti žmones, kurie patyrė kitų sąlygų, panašių į skrydį į kosmosą, pavyzdžiui, radioterapijos pacientus, pilotus ir skrydžių palydovus.

Kuo daugiau žinosime apie ilgalaikio skrydžio į kosmosą poveikį sveikatai, tuo geriau galėsime padėti išlaikyti astronautų sveikatą ir našumą kosminio skrydžio metu ir po jo, sako Bailey. Tokios žinios naudingos ir mums, gyvenantiems Žemėje – visi esame susirūpinę dėl senėjimo ir prastos sveikatos.

Šis įrašas buvo atnaujintas su Afshin Beheshti komentarais.

paslėpti