Dodano: 13 czerwca 2024r.

Powstał największy katalog danych opisujący wpływ podróży kosmicznych na ludzki organizm

Obecność człowieka w kosmosie staje się coraz bardziej wyraźna. Na orbicie na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej czy chińskiej stacji Tiangong nieustannie znajdują się astronauci. W planach są podróże na Księżyc czy Marsa. Coraz częściej podróżujemy w kosmos nie do końca wiedząc, jak to wpływa na nasze ciała. Zakrojone na szeroką skalę badania wpływu lotów kosmicznych na organizm pokazują, z czym muszą radzić sobie kosmiczni podróżnicy i jakie są skutki mikrograwitacji czy promieniowania kosmicznego, zwłaszcza podczas długoterminowej obecności w przestrzeni kosmicznej.

Powstał największy katalog danych opisujący wpływ podróży kosmicznych na ludzki organizm

 

Jak podróże kosmiczne wpływają na ludzki organizm? Odpowiedź na to pytanie będzie kluczowa nie tylko dla astronautów, którzy chcą polecieć na Marsa, ale także dla rozwijającego się przemysłu turystyki kosmicznej. We wrześniu 2021 roku czterech astronautów-amatorów wystartowało z Florydy rakietą SpaceX w podróż na orbitę okołoziemską. Lot misji Inspiration4 był pierwszym całkowicie cywilnym lotem w kosmos bez udziału przedstawicieli NASA czy innych agencji kosmicznych. Kosmiczni turyści spędzili trzy dni na orbicie (na wysokości 575 km) w kapsule Dragon firmy SpaceX, po czym wylądowali w Atlantyku. Podróż w całości była kontrolowana przez systemy komputerów pokładowych i nadzorowana przez zespół ekspertów na Ziemi.

Od kiedy w przestrzeni kosmicznej po raz pierwszy pojawił się człowiek, badany był wpływ, jaki wywiera na organizm przebywanie w tym środowisku. Jednak badania te dotyczyły profesjonalnych astronautów – ludzi trenowanych przez lata i o specjalnych predyspozycjach do latania w kosmos. Załoga Inspiration4 w składzie Jared Issacman, Hayley Arceneaux, Sian Proctor i Chris Sembroski odbyła co prawda sześciomiesięczny, intensywny trening przygotowany przez SpaceX, ale nie ma co tego porównywać do treningu zawodowych astronautów. Lot Inspiration4 dał szansę na zbadanie wpływu środowiska kosmicznego na organizmy zwykłych ludzi, z różnymi problemami zdrowotnymi.

Wyniki analiz ukazały się w serii artykułów naukowych opublikowanych na łamach „Nature”.

Inspiration4

Astronauci-amatorzy przed lotem zostali dokładnie zbadani i pobrano od nich niezbędne próbki krwi, śliny, moczu i innych tkanek. Przeszli również testy poznawcze. Załoga Inspiration4 pobrała sobie próbki będąc na orbicie, a po powrocie na Ziemię została jeszcze raz dokładnie zbadana. Uzbrojeni w ten unikalny zestaw danych naukowcy przeanalizowali, w jaki sposób promieniowanie kosmiczne i mikrograwitacja, wpłynęły na ich organizmy.

W prace zaangażowanych było ponad 100 instytucji naukowych z 25 krajów świata. Zaowocowało to 44 publikacjami, z których większość opiera się na danych z lotu Inspiration4. Opublikowany Space Omics and Medical Atlas (SOMA) obejmuje badania genomów uczestników lotu, ich mikrobiomów, transkryptomów (mRNA wytwarzanego z ich genów) i proteomów (ich zestawu białek). To największy katalog danych szczegółowo opisujących wpływ podróży kosmicznych na ludzkie ciało.

Oczywiście posiadając dane pochodzące tylko od czterech osób trudno wyciągnąć jednoznaczne wnioski na temat wpływu lotów kosmicznych na cywilów. Tam, gdzie było to możliwe, naukowcy porównali swoje wyniki z danymi pochodzącymi od astronautów, którzy współpracowali z NASA lub JAXA. Wykorzystali również dane zebrane podczas hodowli myszy i kultur komórkowych w kosmosie, narażonych na promieniowanie lub hodowanych w warunkach mikrograwitacji.

Badania te pokazują, że zaledwie kilka dni na orbicie może spowodować zaburzenia funkcjonowania komórek odpornościowych, odwodnienie i kłopoty z myśleniem, ale większość z tych problemów znika po powrocie na Ziemię. Jednak niektóre ze zmian utrzymywały się przez co najmniej trzy miesiące po lądowaniu, co sugeruje dłuższy okres rekonwalescencji.

Wcześniejsze ustalenia

Większość danych na temat skutków zdrowotnych lotów kosmicznych została dotychczas zebrana od białych mężczyzn w wieku 30 lat i starszych. Do tego wielu z nich miało przeszłość wojskową i związane z tym szkolenia. Dotychczas nie do końca było jasne, jak inne grupy ludzi zareagują na wyjątkowy stresy związane z lotami kosmicznymi, w tym narażenie na promieniowanie i mikrograwitację.

Badania profesjonalnych astronautów na przestrzeni ostatnich lat wykazały, że obecność w przestrzeni kosmicznej wpływa na podwyższone długoterminowe ryzyko rozwoju choroby nowotworowej z powodu narażenia na promieniowanie kosmiczne, zanik mięśni i utratę kości z powodu życia w mikrograwitacji oraz zmiany widzenia.

Jednym z wniosków z badań SOMA jest to, że te same skutki zdrowotne, których doświadczają zawodowi astronauci podczas swoich długich wypraw, pojawiają się u turystów kosmicznych, którzy spędzają na orbicie tylko kilka dni. Nowe analizy mogą mieć również znaczenie dla długotrwałej eksploracji kosmosu poza ochronnym kokonem pola magnetycznego Ziemi, które blokuje część promieniowania kosmicznego. - Nie rozumiemy jeszcze w pełni wszystkich zagrożeń. Dlatego też tak ważne jest, aby wcześni turyści kosmiczni brali udział w badaniach - mówi Amy McGuire z Baylor College of Medicine.

SOMA

Jedno z badań opublikowanych w ramach pakietu SOMA potwierdza wcześniejsze badania NASA, do których zaangażowano braci bliźniaków Scotta i Marka Kelly (więcej na ten temat w tekście: Jak długi pobyt w kosmosie zmienia ludzki organizm? Oficjalne wyniki testów NASA na bliźniakach). Dane zebrane od załogi Inspiration4 wykazały, że układ odpornościowy jest „w stanie wysokiej gotowości”. Stres związany z lotem kosmicznym wpłynął na transkrypcję genów układu odpornościowego, prawdopodobnie zmniejszając zdolność organizmu do obrony przed wirusami.

Inne badanie udokumentowało wydłużenie telomerów pasażerów lotu Inspiration4, co również wykazały badania na bliźniakach. Telomery to końcowe fragmenty chromosomu, których funkcją jest zabezpieczenie go przed uszkodzeniem podczas kopiowania. Proces starzenia skraca telomery, ale dłuższe niż normalnie również nie są zdrowe, ponieważ wiążą się z wyższym ryzykiem zachorowania na raka.

Analizy sugerują również, że mężczyźni i kobiety inaczej reagują na pobyt w kosmosie, co może wpłynąć na dobór załóg do lotów w przestrzeń kosmiczną. Aktywność genów i odpowiedź immunologiczna była bardziej zaburzona u mężczyzn niż u kobiet, a rekonwalescencja u mężczyzn po powrocie na Ziemię trwał dłużej. Jednym z białek, których to dotyczyło, był fibrynogen, który odgrywa kluczową rolę w krzepnięciu krwi. Kobiety wydawały się też być mniej dotknięte problemami z widzeniem, za to bardziej narażone na rozwój chorób sercowo-naczyniowych oraz nowotworów.

Dużym problemem, zwłaszcza podczas długotrwałych lotów kosmicznych, jest promieniowanie. Może uszkodzić komórki i przyspieszyć rozwój niektórych chorób w krótkim czasie. Jedno z badań wykazało, że myszy wystawione na promieniowanie równoważne 2,5 roku w kosmosie, co naśladowało lot kosmiczny poza ziemskim polem magnetycznym, doznały trwałego uszkodzenia nerek. Analizy pokazały, że warunki panujące w przestrzeni kosmicznej powodują „przebudowę” nerek. Określone kanaliki nerkowe odpowiedzialne za dostrojenie równowagi wapnia i soli wykazały oznaki kurczenia się.

Naukowcy badali też możliwy sposób zapobiegania niektórym uszkodzeniom spowodowanym promieniowaniem, poprzez tłumienie funkcji mikroRNA — krótkich cząsteczek RNA, które mogą wyciszać geny i są uważane za markery uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem kosmicznym. Naukowcy opracowali inhibitory mikroRNA, zwane antagomirami, i zastosowali je do hodowli komórkowych pochodzących z próbek krwi załogi Inspiration4 i japońskich astronautów. Leczone komórki doznały mniejszych uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem niż próbki kontrolne. Naukowcy są jednak wciąż daleko od opracowania terapii.

 

Źródło: Nature, Science, Science Alert, Eurekalert!, fot. Unsplash/ CC0