Международная команда ученых в сотрудничестве со специалистами NASA проанализировала массив исследований, посвященных влиянию космической радиации и отсутствия гравитации на организм. Свои выводы специалисты изложили в статье в журнале Cell.
До сих пор полеты в космос не превышали года, но миссии к Марсу и другим космическим объектам могут продолжаться до пяти лет, поясняют исследователи. Поэтому важно знать, как условия полета сказываются на здоровье его участников.
Исследователи проанализировали 30 работ за авторством более 200 ученых со всего мира. На данный момент это крупнейший массив данных о влиянии полетов в космос на человеческое тело.
Всего они определили шесть ключевых изменений, которые могут серьезно повлиять на здоровье космонавтов, — повреждение ДНК, оксидативный стресс, изменение длины теломер, изменение микробиома, нарушение функции митохондрий и нарушение регуляции генов.
Теломеры — концевые участки хромосом, которые укорачиваются с возрастом, их длина тесно связана с продолжительностью жизни. Наблюдение за близнецами Скоттом и Марком Келли, первый из которых на год отправился в космос, а второй остался на Земле, показало: после полета теломеры Скотта удлинились, но на Земле вернулись к прежнему размеру. Наблюдение еще за десятком астронавтов выявило, что их теломеры после возвращения на Землю стали даже короче, чем до полета, хотя астронавты находились на околоземной орбите и, в целом, были достаточно защищены от космической радиации. При этом в космосе теломеры действительно стали длиннее из-за оксидативного стресса.
Оксидативный стресс возникает, когда свободные радикалы подавляют антиоксиданты в клетке. Эти изменения на клеточном и межмолекулярном уровне могут оказать значительное влияние на здоровье астронавтов, как во время, так и после полета. Они сказываются на сердечно-сосудистой системе, центральной нервной, костно-мышечной, иммунной и желудочно-кишечном тракте, а также вызывают нарушения циркадных ритмов и изменения зрения.
С этими изменениями также связан повышенный риск заболевания раком.
Одно из новых исследований также выявило клональное кроветворение, при котором клетки крови, несущие мутации, распространяются быстрее, чем другие, что несет риски развития сердечно-сосудистых заболеваний, лимфом и лейкемии. Обычно эта патология наблюдается у людей старше 70 лет, но исследователи зарегистрировали ее у многих космонавтов среднего возраста.
«Теперь у нас есть фундамент — знания о том, на какие изменения в организме будущих астронавтов стоит обратить внимание, — говорит профессор Университета штата Колорадо Сьюзан Бейли, автор трех вошедших в массив работ. — В дальнейшем наша цель — получить лучшее представление о механизмах, лежащих в основе, о том, что происходит во время длительного космического полета в человеческом организме, и о том, как он меняется между людьми».
Хотя длинные теломеры и связаны с ростом продолжительности жизни, они могут нести и определенную опасность, предупреждает Бейли.
«Продление жизни клеток, которые пострадали от повреждений ДНК, вызванных космической радиацией, таких как хромосомные инверсии (поворот участка хромосомы на 180 градусов), повышает риск развития рака», — говорит она.
Ранее ученые уже отмечали, что астронавты страдают от потери размера мышц и костной массы, проблем с сердцем и печенью, а также дисфункции иммунной системы. Эксперименты на животных и наблюдения за астронавтами показали, что причина этому — дисфункция митохондрий, энергетических станций клетки. Они тоже страдают от космической радиации, и неправильная их работа приводит к нарушению работы органов во всем организме.
Понимание этого способно помочь ученым в решении проблемы, отмечает Афшин Бехешти, один из исследователей.
«Существует уже много одобренных препаратов для различных митохондриальных расстройств, и, вероятно, их можно использовать и в этом случае, — считает Бехешти. — Сейчас можно было бы испытать некоторые из этих лекарств на животных и клеточных моделях в космосе».
Также полеты сказываются на работе сердца. Наблюдение за плодовыми мушками, родившимися на космической станции, показало: их сердца меньше и перекачивают кровь не так эффективно. И если астронавты будут жить на Луне или на поверхности Марса в течение длительного времени, они тоже могут столкнуться с подобным эффектом.
Дальнейшие исследования в этой области не только будут полезны для будущих полетов, но и, вероятно, сумеют помочь тем, кто страдает от болезней сердца, считают ученые.
По мере планирования долгосрочных полетов на Луну и Марс количество данных о влиянии длительного отсутствия гравитации, космической радиации и других опасностей, поджидающих астронавтов, растет, заключают исследователи. Более полное понимание всех проблем, с которыми могут столкнуться люди в таких полетах и при создании колоний позволит найти методы борьбы с ними и защитить здоровье астронавтов при выходе на новый этап освоения космоса.