Mikrograwitacja wpływa na gęstość kości, ale nie wszystkich

Wpływ długotrwałego przebywania w przestrzeni kosmicznej nie jest jeszcze do końca poznany. Wiadomo, że astronauci są narażeni na wyższe poziomy promieniowania kosmicznego, a z powodu niskiej grawitacji cierpią na zanik mięśni. Ale środowisko mikrograwitacji powoduje coś jeszcze. Badania na myszach, które spędziły 37 dni na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wykazały, że pobyt w kosmosie wiąże się ze znaczną utratą masy i gęstości kości, ale nie wszystkich kości.

Na astronautów w przestrzeni kosmicznej czeka wiele zagrożeń. Wiemy, że z powodu niskiej grawitacji dotyka ich atrofia mięśni. Są oni też narażeni na wyższe poziomy promieniowania kosmicznego. Pojawiają się także zmiany w widzeniu oraz zmiany genetyczne. Przebywanie w przestrzeni kosmicznej może odbić się również na zdolnościach poznawczych astronautów.

Wiadomo też, że mikrograwitacja wpływa na gęstość kości. Niedawne badania prowadzone na myszach pokazały, że utrata masy i gęstości kości nie była u gryzoni równomierna i bardziej ucierpiały kości udowe, części szkieletu, która dźwiga ciężar ciała gryzoni.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „PLOS ONE” (DOI: 10.1371/journal.pone.0317307).

Pobyt w kosmosie odbija się na zdrowiu

Niedawne badania przeprowadzone przez naukowców z Blue Marble Space Institute of Science oraz ich kolegów z NASA Ames Research Center nie są pierwszymi dotyczącymi zdrowia astronautów przebywających w przestrzeni kosmicznej. W ubiegłym roku ukazały się prace szeroko opisujące wpływ lotów kosmicznych na organizm człowieka (więcej na ten temat w tekście: Powstał największy katalog danych opisujący wpływ podróży kosmicznych na ludzki organizm).

Wcześniejsze badania wykazały, że astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) średnio tracą 1 proc. gęstości kości każdego miesiąca. Towarzyszy temu znacznie większa utrata masy mięśniowej. Poprzednie badania wykazały również, że ćwiczenia mogą złagodzić problem, ale nie mogą go całkowicie rozwiązać. To kwestie, z którymi nauka musi się uporać przed dalekimi podróżami kosmicznymi, a w planach są przecież wyprawy na Marsa.

By dowiedzieć się nieco więcej o wpływie mikrograwitacji na kości uczeni wysłali w kosmos myszy. Badaczy interesowało również to, jak niska grawitacja wpłynie na kości stworzeń poruszających się normalnie na czterech kończynach, a nie dwóch. Z racji tego, że ludzie poruszają się na dwóch nogach, większość wpływu grawitacji spada na nasze kręgosłupy, biodra i nogi. Ale u czworonożnych stworzeń grawitacja przenosi ciężar ich ciała na biodra i nogi. Porównanie tych dwóch typów pozwoliło naukowcom ustalić, czy utrata kości jest spowodowana jedynie znacznie zmniejszoną grawitacją, czy też są zaangażowane w ten proces inne czynniki, takie jak promieniowanie kosmiczne.

Myszy w kosmosie

Najpierw badacze podzielili myszy na dwie grupy. Pierwsza z nich poleciała na ISS, druga spełniała role grupy kontrolnej i pozostała na Ziemi. Gryzonie z pierwszej grupy spędziły w przestrzeni kosmicznej 37 dni. Analizując ich kości uczeni odkryli, że większość utraty masy i gęstości wystąpiła w kościach udowych, części szkieletu, która dźwiga ciężar ciała gryzoni. Kończyny udowe gryzoni po pobycie w kosmosie były usiane dużymi dziurami, szczególnie na końcach, gdzie łączą się ze stawem biodrowym i kolanowym. Natomiast część lędźwiowa kręgosłupa myszy pozostała zadziwiająco nienaruszona. Badacze zauważyli również, że kość, która tworzy staw biodrowy, powyżej kości udowej również doświadczyła bardzo małej utraty gęstości, co sugeruje, że ten zanik kości był najprawdopodobniej spowodowany nagłą zmianą przyciągania grawitacyjnego.

– Gdyby promieniowanie kosmiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej lub inne czynniki były głównymi powodującymi utratę kości podczas pobytu w kosmosie, oczekiwalibyśmy zmian w całym układzie kostnym” — wyjaśniają badacze w publikacji. Gdyby utrata była spowodowana na przykład promieniowaniem jonizującym, badacze spodziewaliby się, że gęste zewnętrzne kawałki kości będą w pewnym stopniu osłaniać wewnętrzną część z cennym szpikiem. Ale u myszy wysłanych na ISS pogorszenie następowało od wewnątrz na zewnątrz.

Myszy z grupy kontrolnej trzymane w ciasnych klatkach ograniczających ruch także wykazywały utratę gęstości kości dźwigających ciężar ciała, ale w znacznie mniejszym stopniu niż myszy przebywające w warunkach mikrograwitacji.

Mikrograwitacja kontra kości

Proces, w wyniku którego kość traci masę, został wyjaśniony we wcześniejszych eksperymentach na rybach, również wysłanych na ISS. Badacze ustalili, że mikrograwitacja zaburza związek między osteoblastami tworzącymi kości a osteoklastami degradującymi kości. W kosmosie osteoklasty wydawały się pracować na wyższych obrotach i szybciej redukować gęstość kości.

Ale nowa praca sugeruje, że związek ten nie dotyczy wszystkich kości, przynajmniej nie w takim samym stopniu. Okazało się, że kości dźwigające ciężar całego ciała tracą masę, a niektóre inne pozostają bez zmian.

Jeśli hipoteza naukowców dotycząca gęstości kości jest słuszna, to praktyki, takie jak specjalna dieta, mogą nie poprawiać zdrowia kości. Bieżnie z uprzężą lub urządzenia imitujące podnoszenie ciężarów w kosmosie mogą okazać się skuteczniejsze.

Źródło: Science Alert, Science X Network, fot. CC BY-SA 3.0/ Wikimedia Commons/ Charlie J/ NASA