Перебування в невагомості може здаватися легким відпочинком для кісткової системи людини, але коли астронавти проводять у космосі місяці, їхня кісткова маса зазнає серйозних втрат, які можуть ніколи повністю не відновитися. Дослідження мишей на борту Міжнародної космічної станції дало вченим NASA краще розуміння того, чому існує цей серйозний і нерозв’язаний ризик для здоров’я.
Як виявилося, втрата кісткової маси може бути не пов’язана з космічним випромінюванням, нестачею сонячного світла чи іншими системними факторами. Після 37 днів на орбіті деякі частини скелета мишей зазнали значно сильніших ушкоджень, ніж інші.
Порівняно з мишами “наземного контролю”, які залишалися на Землі, стегнові кістки (фемури) мишей у космосі мали великі отвори, особливо на кінцях, де вони з’єднуються з тазостегновим і колінним суглобами. Водночас поперекова частина хребта мишей залишалася майже неушкодженою.
“Особливу увагу в нашому дослідженні ми приділили стегновій кістці через її головну роль у витримуванні ваги у мишей”, — пояснюють дослідники з NASA та Інституту науки Blue Marble.
У людей, що ходять на двох ногах, поперековий відділ хребта підтримує вагу верхньої частини тіла, але в чотириногих гризунів він не виконує такої функції. Це свідчить про те, що найбільш ураженими в умовах мікрогравітації є ті кістки ссавців, які на Землі витримують найбільше навантаження.
Можливо, це схоже на концепцію “використовуй або втрать” у нейронауці: якщо кістки, що витримують навантаження, не “працюють” як зазвичай, вони починають руйнуватися.
Дослідження NASA: астронавтські миші втрачають кісткову масу незвичним чином
Коли мишей на Землі помістили в обмежений простір, який обмежував рух, вони також втратили щільність кісткової тканини, але значно менше, ніж миші в невагомості. Щоб врахувати стрес від запуску ракети, наземним мишам також імітували політ.
“Якби основними причинами втрати кісткової маси під час космічного польоту були космічне випромінювання або інші системні фактори, ми б очікували рівномірних змін у всій скелетній системі”, — пояснюють дослідники.
Якщо б винним було іонізуюче випромінювання, то зовнішній щільний шар кістки мав би хоч частково захистити внутрішню кісткову тканину. Але в мишей спостерігається інший ефект – руйнування відбувається зсередини. Наприклад, шийка стегнової кістки має товстий зовнішній шар, однак в умовах мікрогравітації він втрачає значну частину своєї внутрішньої пористої тканини.
Після 37 днів у низькоорбітальному космосі миші зазнали лише незначної дози випромінювання. У симуляціях, які демонструють, що радіація може спричиняти втрату кісткової маси, рівень випромінювання значно вищий – еквівалентний приблизно 13 рокам перебування на МКС.
Астронавти також стикаються з втратою кісткової маси
Люди втрачають приблизно 1% або більше своєї кісткової маси щомісяця в космосі – це у 10 разів швидше, ніж при остеопорозі на Землі. За кілька місяців перебування на орбіті астронавти можуть втратити стільки ж кісткової маси, як літні люди за десятиліття.
На відміну від астронавтів, миші в цьому дослідженні були молодими та перебували в пізній стадії розвитку скелета. У мікрогравітації їхні стегнові кістки, які мали б ще рости, демонстрували ознаки передчасного окостеніння – процесу, під час якого хрящ перетворюється на кістку швидше, ніж зазвичай. Це може обмежити ріст кісток і призвести до затримки розвитку.
Як захистити астронавтів?
Це дослідження є найдовшим експериментом NASA з вивчення впливу космічного польоту на гризунів. Космічне агентство планує ще багато експериментів, щоб знайти способи захисту астронавтів під час тривалих космічних місій.
Якщо гіпотеза про втрату кісткової маси правильна, то зміни в раціоні, ймовірно, не допоможуть. Замість цього можуть знадобитися спеціальні бігові доріжки з ременями, що притискають користувача до поверхні, або пристрої, що імітують силові тренування в умовах невагомості. Дослідження було опубліковане в журналі PLOS ONE.