开眼界!登上太空后,人类的身体居然会出现这么多问题

2020
11/30

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张啸(编译) / 健康界
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除了地球,人类还有第二个星球可生存吗?

在听到别人吹牛,特别是不靠谱时,我们往往喜欢补一句:你咋不上天呢?

说实话,这“天”可不能随便上。

相信有人还记得美国宇航局在2019年进行的双胞胎研究(2019 NASA Twins Study)。这项研究综合分析了人类在太空中待上近一年对人体的影响。在这项研究中,美国宇航局宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在国际空间站生活了340天,而他的同卵双胞胎兄弟生活在地球,研究人员最后对比了两人的身体变化(点此回顾)。

现在,美国宇航局的科学家等研究人员收集了由世界各地200多名研究人员撰写的30项研究,包括NASA双胞胎研究以及对其他生物(如老鼠和昆虫)的体征分析研究,形成了迄今为止最大的一组太空生物学数据,并确定了6种人类在太空中生活后可能对健康产生重大影响的关键分子变化。

基于30项研究形成的新研究成果——The Biology of Spaceflight已于11月25日发表在《细胞》等杂志上。

图片来源:图虫创意

氧化应激及其一系列后果

该新研究显示,在太空飞行过程中,生物体发生的6种分子变化包括DNA损伤、氧化应激、端粒长度改变、微生物组变化、线粒体功能障碍和基因调控。

在太空环境的促进作用下,人体内自由基数量可能会远大于细胞中的抗氧化剂,这时就会产生氧化应激。研究人员发现,这种压力主要与研究人员观察到的其他分子变化有关。

这些细胞和分子水平的变化可能对宇航员在任务期间和之后的健康状况产生重大影响,包括已观察到的对心血管、中枢神经、肌肉骨骼、免疫和胃肠系统的影响,以及导致昼夜节律的中断和视力的改变。

癌症风险的增加也与这些变化有关。

30项研究中有一项新研究还发现,克隆性造血(携带突变的血细胞比其他细胞复制得更快)是宇航员患心血管疾病、淋巴瘤和白血病的潜在风险。在与157名癌症患者的对比中,癌症患者平均在70岁左右才会诊断出克隆性造血,然而宇航员提早了整整20年。

目前为止,宇航员还没有执行过超一年的空间站任务。不过未来前往火星的太空任务或将持续长达5年。

研究人员表示,了解这些特征对健康的影响,并制定和建立有效的对策和卫生系统,是使人类进入下一阶段太空探索的关键步骤。

图片来源:图虫创意

DNA损伤和端粒长度改变

端粒就像染色体末端的帽子,对染色体起保护作用。随着年龄的增长,端粒会变短。

在美国宇航局的双胞胎的研究中,宇航员斯科特体内白血球中的端粒在太空中变得更长,回到地球后又恢复到正常长度。

一项新研究对10名宇航员在在太空前后采集的血液样本进行了研究,并与美国宇航局的双胞胎研究结果进行了比较。

这些宇航员在空间站生活了6个月,虽然由于他们处于近地轨道,太空辐射程度会降低,但研究人员发现了他们DNA受损的证据。

宇航员的端粒在太空中被拉长,这是由于在太空中持续的慢性氧化应激所致。当他们返回地球后,端粒长度会比在太空中要短。

研究DNA和端粒辐射损伤的专家、美国宇航局双胞胎研究调查员、科罗拉多州立大学教授苏珊·贝利(Susan Bailey)说:“我们现在有了这样一个研究基础,未来可以在宇航员身上进一步对端粒长度变化和DNA损伤反应进行探究。目标是更好地了解潜在机制、人体在长时间太空飞行期间会发生何种变化以及不同人的不同变化。”

在太空中端粒会更长听起来似乎是“太空之旅”带来的一个优势,但在贝利看来,这种变化可能会导致其他风险,而非使人“青春永驻”。

贝利说:“由太空辐射引起的DNA损伤(如染色体倒置)的细胞延长寿命或永生,是增加癌症风险的推手。端粒会真实反映我们的生活方式-无论是在地球上还是在地球外。我们对生活方式的选择确实会影响我们衰老的速度和程度。保护好端粒十分重要。”

关键在于线粒体功能障碍

宇航员身上出现的健康问题还包括肌肉和骨骼消失、心脏和肝脏问题以及免疫系统功能障碍。

研究人员认为这些问题根源于线粒体功能障碍。

线粒体是产生细胞所需化学能量的动力室。当它们暴露在变化的重力或辐射环境下时,它们基本上就失灵了。

“我们首先要清楚,在太空中,人体内是否存在某种可以解释我们所观察到的现象的普遍机制。”一项研究的第一作者、首席研究员兼生物信息学家阿夫申·贝赫什提(Afshin Beheshti)说,“我们多次发现,在线粒体调节出现状况后人体一切都失去正常。”

当线粒体受到抑制时,可以在肝脏、其他器官和免疫系统中观察到涟漪效应。研究人员认为,这种功能障碍也可以解释宇航员的昼夜节律(生物钟)甚至心血管问题。

贝赫什提表示,目前已经有许多用于治疗各种线粒体疾病的药物,应对太空中出现的线粒体功能障碍问题将更容易,而现在最容易实现的是在太空中用动物和细胞模型来测试其中部分药物。

图片来源:图虫创意

太空环境下的心脏压力

一项研究表明,在太空中出生的果蝇的心脏较小,而且泵血的效率较低。如果宇航员在月球或火星表面进行长期任务,可能会出现类似情况。

“这是首次在研究中发现宇航员的心脏疾病背后可能存在细胞和分子变化。”该研究的共同第一作者、斯坦福·伯纳姆·普里比斯医学发现研究所的衰老与再生项目助理教授卡伦·奥科尔(Karen Ocorr)说,“我们发起这项研究是为了解微重力对心脏的影响,现在我们可以开始制定策略,以保护宇航员心脏健康。”

果蝇和人类在子宫里时的心脏很相似。研究人员通过观察被送回地球的果蝇爬上试管侧面的情况,来测试它们的心脏功能。

“在正常的果蝇心脏里,肌肉纤维的工作模式就像你用手指挤压牙膏时一样。”奥科尔说,“在太空飞行中,心脏收缩方式就像试图通过按压而不是挤压的方式把牙膏挤出管体一样。对人类来说,这可能会成为一个大问题。”

了解人类心脏在太空中的运作方式可能对有心脏问题的人以及计划未来进行太空执行任务的人员提供一些帮助。

该研究报告作者、美国宇航局高级科学家沙米拉·巴塔查里亚(Sharmila Bhattacharya)说:“随着我们继续推进在月球上建立侨居地的工作以及将首批宇航员送上火星,了解人体在微重力环境下过长时间对人体的影响至关重要。现在的研究结果表明,微重力对心脏会产生巨大的影响,这也说明了长期太空飞行可能需要医疗干预,同时也明确了具体治疗的几个方向。”

原文来源:CNN

原文标题:Astronauts experience these key changes in space that could impact their health, new research shows 

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关键词:
心脏,太空,变化,研究,宇航员

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