Длительное пребывание в космосе давно известно как фактор, негативно влияющий на организм человека. На протяжении многих лет NASA и другие космические агентства активно изучают воздействие микрогравитации на здоровье людей, животных и растений, используя Международную космическую станцию (МКС) как основную платформу для исследований.
Исследования показали, что продолжительное нахождение в космосе приводит к атрофии мышц, снижению плотности костей, ухудшению зрения, изменению экспрессии генов и даже к психологическим расстройствам. Эти данные становятся особенно важными в свете планов по освоению Луны, Марса и других планет, где предстоят длительные космические миссии.
Недавний эксперимент, проведённый учёными из Университета Джонса Хопкинса в сотрудничестве с Космическим центром НАСА имени Джонсона, показал, что сердце испытывает серьёзные нагрузки в условиях микрогравитации. В исследовании использовали 48 образцов биоинженерной сердечной ткани человека, которые отправили на МКС на 30 дней. Результаты демонстрируют, что микрогравитация ослабляет сердечную ткань, нарушая её способность к ритмичным сокращениям.
Эти выводы указывают на необходимость разработки дополнительных мер для поддержания здоровья сердечно-сосудистой системы у космонавтов. Подробности исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Последствия для здоровья астронавтов
Ранее было известно, что после возвращения на Землю астронавты страдают от временных сердечных проблем, таких как снижение функции сердечной мышцы и аритмия. Эти симптомы аналогичны возрастным заболеваниям, но их причины на клеточном уровне оставались недостаточно изученными.
Чтобы углубить знания в этой области, учёные под руководством Деок-Хо Кима отправили на МКС платформу «сердце на чипе», которая позволила наблюдать за поведением сердечных клеток в условиях микрогравитации. Эксперимент проводился с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (iPSC), которые превращались в кардиомиоциты — клетки сердечной мышцы. Эти клетки были помещены в биоинженерные чипы, имитирующие работу человеческого сердца.
На борту МКС за экспериментом следила астронавт Джессика Меир. Она меняла питательные среды для тканей, собирала образцы, а также отправляла данные на Землю в реальном времени. Каждые 30 минут чипы фиксировали информацию о сокращениях тканей и любых аритмиях, помогая учёным отслеживать изменения.
Результаты и их значение
Когда образцы вернулись на Землю, исследователи продолжили их изучение. Они заметили, что ткани потеряли свою способность к нормальным сокращениям, и у них развилась аритмия, сходная с возрастными заболеваниями сердца. В нормальном сердце человека интервалы между ударами составляют около секунды, а в исследованных образцах ткани этот промежуток увеличился почти в пять раз. Однако после возвращения на Землю ткани начали восстанавливаться и постепенно вернулись к более нормальному состоянию.
Учёные также обнаружили, что белковые пучки клеток, ответственные за сокращение (саркомеры), стали короче и менее организованными, чем в контрольной группе на Земле. Это является ещё одним признаком сердечных заболеваний. Кроме того, митохондрии — органеллы, производящие энергию для клеток, — в космосе увеличились в размерах и утратили свою функциональную структуру, что мешало им эффективно выполнять свои задачи.
Генный анализ показал рост количества генов, связанных с воспалением и окислительным стрессом — процессом, при котором нарушается баланс свободных радикалов и антиоксидантов. Эти изменения характерны как для возрастных заболеваний сердца, так и для последствий пребывания в космосе.
Будущее исследований и защита здоровья в космосе
Эти результаты открывают новые горизонты для понимания того, как микрогравитация влияет на здоровье человека. Они также могут помочь в исследованиях возрастных изменений сердечной мышцы и в разработке методов их лечения на Земле.
В 2023 году команда Деок-Хо Кима планирует отправить на МКС вторую партию образцов тканей для изучения препаратов, которые могут защитить сердце от воздействия микрогравитации. Эти исследования направлены на сохранение здоровья сердечно-сосудистой системы как в космосе, так и при старении на Земле.
Кроме того, учёные продолжают совершенствовать технологию «сердце на чипе» и сотрудничают с Лабораторией космической радиации NASA, чтобы изучить влияние космической радиации на сердечную мышцу. Эти эксперименты помогут понять, как солнечные и космические лучи, которые за пределами низкой околоземной орбиты становятся особенно опасными, влияют на здоровье сердца.
Влияние на технологии связи
В то время как исследования здоровья в космосе продолжаются, технология связи также не остаётся на месте. Недавно в Западной Австралии был запущен проект TeraNet, использующий инфракрасные лучи для связи со спутниками. Этот проект включает две оптические наземные станции, которые успешно приняли лазерные сигналы от немецкого спутника. По мнению учёных, эта технология может значительно увеличить пропускную способность связи между Землёй и космосом в десятки или даже тысячи раз.
Таким образом, работы по изучению последствий космических условий для здоровья и технологий продолжают расширяться, двигая человечество к новым горизонтам как в медицине, так и в освоении космоса.