Поплавати в умовах мікрогравітації може здатися приємним відпочинком для ваги скелета людини, але коли астронавти проводять місяці в космосі, їхня щільність кісток зазнає серйозних змін, від яких вони можуть не повністю відновитись.
Дослідження мишей на борту Міжнародної космічної станції дає науковцям NASA більше уявлення про те, чому існує цей значний та незрозумілий ризик для здоров’я.
З’ясувалося, що втрата кісткової маси може не мати відношення до космічної радіації, відсутності сонячного світла чи інших подібних факторів. Після того, як миші провели 37 днів на орбіті, деякі частини їхніх скелетів зазнали більшого пошкодження, ніж інші.
У порівнянні з контрольними мишами, які не були вивезені з планети, стегна мишей в космосі мали великі пори, особливо на кінцях, де вони з’єднуються з тазом і коліном. Водночас поперекова частина спинного стовпа мишей залишалася вражаюче цілою.
«Основна увага нашого дослідження зосереджена на стегновій кістці, оскільки вона має основну вагову роль у мишей», — пояснюють дослідники з NASA та Інституту наук про синю планету.
У двоногих людей поперекова частина спини зазвичай несе вагу верхньої частини тіла, але у чотирьохсигнутих гризунів горизонтальна структура не виконує таку ж функцію підтримки ваги.
Це свідчить, що кістки ссавців, які несуть вагу на Землі, найбільше піддаються впливу мікрогравітації на орбіті.
Можливо, це подібно до концепції “використовуй або втрачай”, що існує у нейронауці. Якщо кістки, які несуть вагу, не отримують «тренування», як зазвичай, вони можуть почати руйнуватися.
Коли мишей на Землі помістили в клітки, що обмежують рух, у них спостерігалася втрата щільності в кістках, що несуть вагу, але в меншій мірі, ніж у мишей, що були в мікрогравітації.
Для того, щоб врахувати стрес, викликаний запуском ракети, контрольним мишам також були проведені симуляції польоту.
«Якщо космічна радіація на низькій орбіті Землі або інші системні фактори були б основними причинами втрати кісткової маси під час космічних польотів, ми очікували б системні зміни в скелетній системі», — пояснюють дослідники.
Якщо б втрата була викликана іонізуючим випромінюванням, наприклад, то ми б очікували побачити, що щільні зовнішні частини кісток дещо захищають внутрішню маркову порожнину. Але це не є так. Руйнування відбувається зсередини назовні в мишей.
Наприклад, шия стегнової кістки має значну зовнішню оболонку кістки, і все ж вона зазнає значної втрати внутрішнього пористого кісткового мозку після 37 днів мікрогравітації.
Після такого тривалого часу на низькій орбіті Землі, автори дослідження, очолюваного біоінженером Рукмані Кахіл, зазначають, що миші на борту МКС були піддані лише малому щоденному дозуванню радіації.
У симульованих дослідженнях, що показують, як радіація може спричинити втрату кісток, дозування було набагато більшим, еквівалентним приблизно 13 рокам життя на борту МКС.
Проте вже за менше ніж півроку на низькій орбіті астронавти можуть втратити кісткову масу, що може не відновитися. Щомісяця середньо астронавти втрачають 1% або більше своєї кісткової маси — це в 10 разів швидше, ніж при остеопорозі на Землі. Такий спад значно збільшує ризик переломів довгих кісток, як, наприклад, стегна.
На відміну від людських астронавтів, миші в даному дослідженні були молодими і знаходилися на пізній стадії скелетного розвитку. У мікрогравітації їхні стегна, які ще мали б продовжувати ріст, показали ознаки передчасної осифікації, коли хрящ перетворюється на кістку раніше, ніж зазвичай. Це може обмежувати ріст кісток, сповільнюючи розвиток.
Ці тривожні результати походять з найтривалішого дослідження мишей в космосі, яке NASA проводила.
Космічна агенція заявляє, що це одне з перших численних експериментів, які вивчатимуть, як захистити здоров’я астронавтів під час космічних подорожей.
Якщо їхня гіпотеза щодо щільності кісток вірна, це означає, що такі тактики, як дієта, можуть не покращити здоров’я кісток астронавтів. Бігові доріжки з ременями, що тримають користувача до землі, або пристрої, які імітують підняття ваги в космосі, можуть бути більш ефективними.