Космические полеты и здоровье сердца: что показало новое исследование на крысах

Группа ученых из Медицинского колледжа Висконсина, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и других научных центров США под руководством Джона Бейкера провела новое исследование на тему влияния космических полетов на здоровье. Они обнаружили, что сочетание двух факторов космического полета — галактического излучения и невесомости, вызывает стойкие изменения в работе сердца, иммунной системы и обмене веществ у крыс, причем эффекты сохраняются спустя много месяцев после окончания воздействия. Работа была опубликована в журнале PLoS One.

Если человек отправится в дальний космос, его тело столкнется с двумя невидимыми, но грозными противниками. Первый это галактическое космическое излучение, поток высокоэнергетических частиц, от которых нас на Земле защищает магнитное поле и атмосфера. Второй — невесомость, при которой кровь приливает к голове, а кости и мышцы теряют привычную нагрузку.

Ученые давно подозревали, что эти факторы могут наносить вред по отдельности, но что происходит, когда они действуют вместе? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи отправили в лабораторию не космонавтов, а крыс. Животных в общей сложности на 30 дней подвесили за хвост, имитируя невесомость, а затем облучили смесью частиц, похожей на космическую радиацию. После этого ученые наблюдали за ними почти год.

Самым тревожным открытием стало то, что у облученных крыс развивался фиброз сердца, вокруг мелких сосудов сердца накапливался избыточный коллаген, который делал ткань жесткой. Этот эффект проявился даже при дозе облучения, сравнимой с той, что может получить человек за длительную марсианскую миссию. Причем добавление имитации невесомости не усиливало фиброз, радиация сама по себе наносила основной удар. Это означает, что даже без невесомости космическое излучение представляет серьезную угрозу для сердца в долгосрочной перспективе.

Иммунная система тоже отреагировала на космические условия, но иначе. У крыс, которые испытали только имитацию невесомости, увеличилось количество лимфоцитов в крови, организм словно включил тревогу. Однако когда к невесомости добавлялось облучение, этот эффект исчезал. Более того, у животных, побывавших в условиях невесомости, снизилось содержание естественных Т-клеток, которые борются с опухолями и инфекциями, в селезенке. Это может объяснить, почему космонавты иногда чаще болеют после возвращения на Землю.

Отдельного внимания заслуживает влияние на цитокины, сигнальные молекулы, которые управляют иммунным ответом. У крыс, испытавших только имитацию невесомости, уровень 20 из 27 проверенных цитокинов упал и оставался низким на протяжении всех дней наблюдения. Облучение, напротив, блокировало это падение. Получается, что два фактора космического полета действуют на иммунитет разнонаправленно, и их сочетание не всегда предсказуемо.

Генетический анализ показал, что радиация оставляет следы в ДНК клеток крови. У облученных крыс ученые нашли изменения в генах, связанных с развитием клонального гематопоэза — состояния, при котором в крови появляются клетки с мутациями, повышающими риск болезней сердца и рака. Это открытие особенно важно, потому что подобные изменения наблюдались у космонавтов, но механизм их возникновения до конца не был ясен.

Интересно, что обмен кальция, который часто страдает при невесомости, в этом исследовании оставался в целом стабильным. Организм крыс смог удержать баланс, хотя некоторые колебания уровня витамина D и кальция все же происходили. Это хорошая новость, но она не отменяет того факта, что кости и сердце все равно нуждаются в защите во время длительных полетов.

В итоге исследование показало: каждый из космических факторов, радиация и невесомость, наносит свой удар по организму, но их взаимодействие не всегда усиливает друг друга. Сердце страдает в основном от радиации, иммунная система от невесомости, а вместе они создают сложную картину изменений, которые сохраняются месяцами. Это значит, что будущим покорителям Марса потребуется не одна, а целый комплекс мер защиты: и от излучения, и от последствий невесомости.