Kosmosa lidojumi rada dažas dīvainas lietas ar astronautu ķermeņiem

Astronaute Kārena Nīburga izmanto fundoskopu acu pārbaudei Starptautiskajā kosmosa stacijā. NASA

Astronauts Skots Kellijs Starptautiskajā kosmosa stacijā dzīvoja un strādāja 340 dienas — ilgākais laiks, ko amerikānis pavadījis kosmosā. Viņa misija deva zinātniekiem būtisku ieskatu par to, kas notiek ar cilvēka ķermeni ilgstošas ​​uzturēšanās laikā orbītā. Tas ir tāpēc, ka Kellijai ir identisks dvīnis Marks (arī astronauts un drīzumā būs ASV senators). Kellijas dvīņi piedāvāja zinātniekiem retu iespēju: kad viņi pētīja, kas notika ar Skota ķermeni kosmosā pavadītā gada laikā, viņi guva labumu no kontroles subjekta Marka, kurš palika uz Zemes.

The NASA dvīņu pētījums sniedza vairāk pierādījumu tam, par ko mums jau bija aizdomas. Ierobežotā kapsulā mikrogravitācijas un ilgstošas ​​starojuma iedarbības ietekmē imūnsistēma saņem triecienu, acs maina formu uz sliktāku pusi un ievērojami samazinās muskuļu un kaulu masa.

Taču mēs uzzinājām arī par dažiem pārsteidzošiem efektiem. Kellijs piedzīvoja izmaiņas zarnu mikrobiomā, viņa kognitīvās spējas palēninājās, daži gēni izslēdzās un ieslēdzās, un viņa hromosomas piedzīvoja strukturālas izmaiņas.

Dvīņu pētījums sniedza mums pirmo skici par cilvēka ķermeņa molekulārajām reakcijām uz kosmosa lidojumiem, taču šīs kontūras bija jāaizpilda, saka Kristofers Meisons, Weill Cornell Medicine fizioloģijas un biofizikas asociētais profesors. Redzētajām izmaiņām bija nepieciešams vairāk konteksta un atkārtošanas. Mums bija nepieciešami papildu pētījumi, lai noteiktu izmaiņu biežumu, ko novērojām citos astronautos un citos organismos, kas nonāk kosmosā, kā arī lai noskaidrotu, vai izmaiņu pakāpe bija līdzīga īsākām misijām.

Tādējādi mēs nonākam pie jaunas pētījumu paketes, kas balstās uz Dvīņu pētījumu, atkārtoti analizējot dažus sākotnējos datus ar jaunām metodēm un nodrošinot salīdzinājumus ar citiem astronautiem. 19 pētījumu komplektā, kas šodien publicēti daudzos dažādos žurnālos (kopā ar 10 iepriekšējiem nospiedumiem, kas joprojām tiek salīdzinoši pārskatīti), tādi pētnieki kā Meisons (vecākais autors 14 dokumentos) pētīja fizioloģiskās, bioķīmiskās un ģenētiskās izmaiņas, kas notika 56 astronauti (ieskaitot Kelliju), kas pavadījuši laiku kosmosā — lielākais šāda veida pētījums, kāds jebkad veikts.

Jaunie dokumenti, kuros iekļauti rezultāti no šūnu profilēšanas un gēnu sekvencēšanas metodēm, kuras ir kļuvušas vienkāršākas tikai nesen, atklāj, ka ir dažas kosmosa lidojuma pazīmes, kas pastāvīgi parādās cilvēkiem, pelēm un citiem dzīvniekiem, kad tie dodas kosmosā. saka Meisons. Šķiet, ka pastāv zīdītāju pielāgošanās un reakcijas uz kosmosa lidojuma grūtībām kopums.

Labais, sliktais un neizskaidrojamais

Pētnieki uzsver sešas bioloģiskas izmaiņas kas rodas visiem astronautiem lidojuma laikā kosmosā: oksidatīvais stress (pārmērīga brīvo radikāļu uzkrāšanās ķermeņa šūnās), DNS bojājumi, mitohondriju disfunkcija, gēnu regulējuma izmaiņas, telomēru garuma izmaiņas (hromosomu gali, kas saīsina). ar vecumu) un izmaiņas zarnu mikrobiomā.

No šīm sešām izmaiņām lielākā un pārsteidzošākā bija zinātniekiem mitohondriju disfunkcija . Mitohondrijiem ir izšķiroša nozīme ķīmiskās enerģijas ražošanā, kas nepieciešama, lai šūnas — un attiecīgi arī audi un orgāni — funkcionētu. Pētnieki atklāja neregulāru mitohondriju darbību desmitiem astronautu un spēja plaši raksturot šīs izmaiņas, pateicoties jaunām genomikas un proteomikas metodēm. Afshin Beheshti, NASA bioinformātiķis un vecākais autors viens pētījums , teikts, ka mitohondriju nomākšana palīdz izskaidrot, cik daudzas problēmas, ar kurām saskaras astronauti (piemēram, imūnsistēmas deficīts, traucēts diennakts ritms un orgānu komplikācijas), patiesībā ir holistiski saistītas viena ar otru, jo tās visas ir atkarīgas no vieniem un tiem pašiem vielmaiņas ceļiem.

Kad atrodaties kosmosā, tiek ietekmēta ne tikai viena vieta vai orgāns, bet arī viss ķermenis, saka Beheshti. 'Mēs sākām savienot punktus.'

Citi pētījumi bija saistīti ar problēmām, kas novērotas ģenētiskā līmenī. Dvīņu pētījums parādīja, ka Kellija telomēri kosmosā kļuva garāki, pirms drīz pēc atgriešanās uz Zemes tie saruka līdz normālam vai pat īsākam garumam. Telomēriem vajadzētu saīsināties līdz ar vecumu, tāpēc pagarināšanai ir maz jēgas, un Dvīņu pētījums nesniedza pietiekami daudz datu, lai izdarītu reālus secinājumus par to, kāpēc tas notika un kādas bija sekas.

Sjūzena Beilija, Kolorādo štata universitātes eksperte telomēru pētījumos un vairāku rakstu vecākā autore, saka, ka jaunajā pētījumā atklāts, ka 10 citi astronauti. piedzīvoja tādu pašu telomēru pagarināšanos Kellija darīja neatkarīgi no misijas ilguma, kā arī tas pats telomērs saruka, kad viņi atgriezās uz Zemes.

Jāatzīmē, ka vienā no dokumentiem jaunajā iepakojumā tika atklāts, ka garāki telomēri ir saistīti arī ar Everesta kalna kāpējiem. Beilijai un viņas kolēģiem tas liek domāt, ka telomēru pagarināšanās ir oksidatīvā stresa ietekmē — kaut kas tāds, ko piedzīvo gan alpīnisti, gan astronauti un kas traucē pareizu telomēru uzturēšanu.

Astronauts Akihiko Hošids uz SKS ņem asinis no savas vēnas.

NASA

Viņi joprojām cenšas precīzi noteikt, kā šie ceļi darbojas un kādas tieši varētu būt sekas ( tas droši vien nav ilgmūžības noslēpums ), taču tagad mums ir pamats, uz kura jābalstās — mēs zinām, ko meklēt, un kas jāapzinās nākamajiem astronautiem ilgstošas ​​[un dziļās kosmosa] izpētes misijās, viņa saka.

Lai gan dažas izmaiņas ir negaidītas, daudzas nav iemesla bažām. Mani pārsteidz tas, cik labi mēs pielāgojamies kosmosam, saka Džefrijs Satons, Beiloras Medicīnas koledžas Kosmosa medicīnas centra direktors, kurš nebija iesaistīts jaunajā pētījumā. Asins šūnu mutācijas Kellijā samazinājās, kamēr viņš atradās kosmosā (Masonam pilnīgs pārsteigums). Izstādīja arī astronauti samazināts biomarķieru līmenis, kas saistīts ar novecošanos un paaugstināts mikroRNS līmenis kas regulē asinsvadu sistēmas reakciju uz radiācijas bojājumiem un mikrogravitāciju. Viens no dīvainākajiem atklājumiem bija tāds, ka astronautu zarnu mikrobiomiem izdevās nogādāt SKS atrastos kosmosa mikrobus atpakaļ uz Zemi.

Studijas individuāli un kolektīvi ir patiesi iespaidīgas, saka Satons. Mēs esam iegājuši jaunā kosmosa biomedicīnas pētījumu laikmetā, kurā tiek izmantotas precīzās un translatīvās medicīnas pieejas un instrumenti, lai uzlabotu mūsu izpratni par cilvēka pielāgošanos kosmosam.

Rūpes tālajos maršrutos

Tomēr galu galā dati parāda, cik lielu postu un stresu kosmosa misiju laikā saskaras pat veselīgākie ķermeņi, kam vajadzētu ietekmēt ilgāku misiju plānošanu. Es nedomāju, ka mēs esam tuvu neapmācītu cilvēku sūtīšanai kosmosā uz ilgu laiku, saka Skots Kellijs.

Fizioloģiski viņš domā, ka droši vien ir sūtīt cilvēkus uz Marsu un atpakaļ. Tomēr tālā nākotnē tā vietā, lai dotos uz Marsu, mēs dosimies uz Jupitera vai Saturna pavadoņiem, viņš saka. Jūs būsiet kosmosā gadiem ilgi. Un tajā brīdī mums būs tuvāk jāaplūko mākslīgā gravitācija kā mazināšanas līdzeklis. Es negribētu ierasties uz cita planētas ķermeņa virsmas un nespēt funkcionēt. Gads vai vairāk ir darbīgs. Vairākus gadus, iespējams, nav.

Skots Kellijs izmanto ultraskaņu, lai ar Genādija Padalkas palīdzību attēlotu savu kakla vēnu, lai novērtētu zemākā ķermeņa negatīvā spiediena pretpasākumu efektivitāti, ko izmanto, lai mainītu šķidruma nobīdi virzienā uz galvu, kas notiek kosmosa bezsvara apstākļos.

NASA

Mēs joprojām esam tālu no šāda veida risku novērtēšanas. Meisons un viņa kolēģi ierosina, ka vajadzētu būt farmakoloģiskajām stratēģijām, lai samazinātu gravitācijas ietekmi uz atgriežošo astronautu ķermeņiem.

Satons uzskata precīzās zāles varētu spēlēt milzīgu lomu šo zāļu pielāgošanā, lai aizsargātu astronautus pret mikrogravitācijas un radiācijas ietekmi. Un kopīgās bioloģiskās reakcijas starp astronautiem un Everesta kalna kāpējiem liecina, ka dažas iejaukšanās, ko izmanto, lai aizsargātu ekstrēmo sporta veidu sportistus no oksidatīvā stresa, varētu tikt piemērotas arī astronautiem.

Mums ir nepieciešams vairāk datu un vairāk populāciju, ko izmantot salīdzināšanai. Meisons, Beilijs un viņu kolēģi sāk vākt vairāk astronautu šūnu un gēnu profilus , jo īpaši tiem, kas dodas turpmākās gadu ilgās misijās. Viņi arī vēlas pētīt cilvēkus, kuri ir piedzīvojuši citus apstākļus, kas kaut kādā veidā ir līdzīgi lidojumam kosmosā, piemēram, staru terapijas pacientus, pilotus un stjuartus.

Jo vairāk mēs zinām par ilgstoša kosmosa lidojumu ietekmi uz veselību, jo labāk varēsim palīdzēt uzturēt astronautu veselību un veiktspēju kosmosa lidojuma laikā un pēc tā, saka Beilija. Šādas zināšanas nāk par labu arī mums uz Zemes — mēs visi esam noraizējušies par novecošanu un sliktu veselību.

Šī ziņa ir atjaunināta ar Afshin Beheshti komentāriem.

paslēpties