А микрогравитации — изменения в работе иммунитета
Американские исследователи провели симуляцию дальнего космического полета у крыс и обнаружили, что излучение вызывает околососудистый фиброз сердца независимо от действия микрогравитации, микрогравитация без излучения влияет на иммунные клетки и секрецию цитокинов, а оба этих стрессора вместе или по отдельности не влияют на кальциевый гомеостаз. Статья опубликована в журнале PLoS One.
Люди эволюционировали в условиях с минимальным воздействием галактической космической радиации и при постоянной силе тяжести. В настоящее время ведется активная подготовка к длительным пилотируемым миссиям на Луну и Марс, где космонавты будут подвергаться действию несвойственных для земных условий стрессоров. Основные из них — это постоянные микрогравитация и галактическая космическая радиация, представленная высокоэнергетическими электронами и позитронами (два процента), протонами (85 процентов), альфа-частицами (12 процентов) и более тяжелыми ионами (один процент), а также спорадические солнечные выбросы из умеренно или низкоэнергетических протонов и альфа-частиц. Физиологические эффекты длительного воздействия этих стрессоров изучены недостаточно.
Джон Бейкер (John Baker) Висконсинского медицинского колледжа и его коллеги провели эксперименты по симуляции дальнего космического полета у самцов лабораторных крыс (Rattus norvegicus) линии WAG/RijCmcr возрастом 8–9 месяцев. Для симуляции галактического излучения использовали пять быстро сменяющихся ионных пучков из ускорителя (протонов, альфа-частиц, ионов кислорода, кремния и железа) общей поглощенной дозой 1,5 грея, а микрогравитации на космическом корабле — антиортостатическое вывешивание с разгрузкой задних конечностей, которое вызывает прилив жидкости к головному концу тела и ограничивает подвижность.
В четырех основных группах животным проводили облучение и вывешивание, облучение без вывешивания, вывешивание с симуляцией облучения и симуляцию облучения без вывешивания, в двух дополнительных облучение половинной дозой радиации (0,75 грея, сопоставимо с дозой для человека при полете на Марс) с вывешиванием или без. Каждая группа состояла из 12 особей. Наблюдение в основных группах продолжалось от 30 до 270 дней. Оно включало анализы периваскулярного содержания коллагена в сердце, динамики кальция в сыворотке, иммунных клеток в крови и тканях, цитокинов, холестерина и триглицеридов в сыворотке, азота мочевины крови, общего белка и альбуминов и массы тела, а также полногеномное секвенирование в группах без вывешивания. В дополнительных группах наблюдение длилось 360 дней и проводился анализ только периваскулярного содержания коллагена в сердце.
Гистологический анализ сердца выявил периартериальный фиброз и неравномерные отложения двухкратного количества коллагена вокруг пенетрирующих коронарных сосудов через 270 дней после облучения 1,5 грея и через 360 дней после облучения 0,75 грея вне зависимости от вывешивания. Облучение без вывешивания приводило к повышению количества циркулирующих разных популяций лимфоцитов, но не миелоидных клеток, а с вывешиванием — не меняло их уровни. Вывешивание с облучением или без вызывало деплецию NK-клеток в селезенке и без облучения, но не с ним, приводило к снижению уровней 20 из 27 проанализированных цитокинов.
Радиация и вывешивание вместе и по отдельности вызывали колебания сывороточных уровней кальция и 25-гидроксивитамина D, но они были небольшими, уровни паратиреоидного гормона, остеокальцина, фактора роста фибробластов 23 и неорганического фосфора оставались незатронутыми. Секвенирование показало, что излучение привело к мутациям семи генов, связанных с клональным гемопоэзом неустановленного значения у людей и задействованных в сигнальных путях, отвечающих за экспрессию генов и регуляцию клеточного цикла. Действие обоих стрессоров на классические маркеры болезней сердца и почек было минимальным.
Результаты эксперимента показали, что симуляция галактической радиации вызвала периваскулярный фиброз сердца и генетические отклонения, а микрогравитации — мобилизовала иммунную систему и снизила выработку цитокинов у крыс. Оба стрессора привели к стойким последствиям для здоровья, при том что их взаимодействие между собой оказалось весьма ограниченным.
Проведенное ранее исследование показало, что микроструктурные изменения в белом веществе, связывающем сенсомоторные области, у космонавтов после длительного пребывания на орбите связаны с нейропластичностью. О том, чем космическая медицина занимается на МКС, можно почитать в материале «Эксперименты на людях», а об основных угрозах для здоровья при полете на Марс — в материале «Излучение и отвага».