Obrazowanie gęstości kości za pomocą tomografii mikrokomputerowej pokazuje myszy naziemne (G) z silnie połączoną, gęstą gąbczastą strukturą kości, myszy lotne (F) z mniejszą łącznością oraz myszy lotne traktowane inhibitorem miostatyny (F+D) na STS-118, które wydają się mają strukturę kostną nienaruszoną przez mikrograwitację. Źródło:Bioserve
Na tegorocznej konferencji American Society for Bone and Mineral Research naukowcy NASA podzielili się tym, czego dowiedzieli się z pół wieku powiązanych badań dotyczących lotów kosmicznych na temat negatywnego wpływu mikrograwitacji na gęstość kości.
Po pięćdziesiątce możesz spodziewać się pewnych zmian zdrowotnych, takich jak początek utraty masy kostnej. Możesz nie oczekiwać takich wyzwań w kwiecie wieku – to znaczy, chyba że cierpiałeś na osteoporozę, ograniczoną mobilność lub byłeś astronautą. Naukowcy wiedzą od pierwszych dni lotów kosmicznych, że mikrograwitacja w zaawansowanym tempie negatywnie wpływa na gęstość kości. Zbadanie tej konsekwencji życia w kosmosie daje naukowcom możliwość przyspieszonego badania zdrowia kości.
Badania kości rozpoczęły się na początku podróży kosmicznych ludzi, przeprowadzając eksperymenty zarówno w kosmosie, jak i na ziemi. Ten obszar badań jest kontynuowany do dziś na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej z badaniami opartymi na ich poprzednikach. Członkowie załogi tracą mniej więcej tyle samo gęstości kości w ciągu jednego miesiąca, co kobieta po menopauzie w ciągu roku. Naukowcy mogą zmienić ten negatyw w pozytyw, wykorzystując warunki mikrograwitacji, aby przeprowadzić więcej badań w krótszym czasie. Ich badania w kosmosie badają przyczyny utraty kości i identyfikują środki zaradcze, jednocześnie przyczyniając się do rozwoju terapii do stosowania na Ziemi i w kosmosie.
„W ramach sześciomiesięcznej misji możemy przeprowadzić badania nad przeciwdziałaniem utracie masy kostnej, które zajęłyby równowartość mniej więcej pięcioletnich badań podłużnych na Ziemi” – powiedział dr Scott M. Smith, kierownik Laboratorium Biochemii Żywienia w Centrum Kosmiczne im. Johnsona NASA w Houston. „Pomaga nam to dostrzec zmiany w fizjologii szybciej niż na Ziemi, a w badanej populacji bardzo różni się od typowych badań [naziemnych]. Ta perspektywa przyczynia się do ogólnego zrozumienia i stanowi cenny dodatek do ogólnej bazy wiedzy – pozwalając nam wszystkim szybciej dotrzeć do leczenia”.
W niedawnej publikacji „Pięćdziesiąt lat podróży kosmicznych człowieka:implikacje dla badań kości i wapnia” Scott i jego koledzy wspominają wyciągnięte wnioski. Wskazuje, że w dążeniu do walki z utratą masy kostnej w warunkach mikrograwitacji zdobywamy grunt w poprawie zdrowia kości na Ziemi. Na przykład badania na modelach zwierzęcych z wykorzystaniem gryzoni w kosmosie już przyczyniły się do badań klinicznych środków farmaceutycznych, które mogą łagodzić utratę masy kostnej. Niektóre z tych zabiegów są już dostępne dla ludzi.
Na orbicie trwają badania, takie jak śledztwo Pro-K, które zakończy zbieranie próbek z obecną załogą. Celem Pro-K jest opracowanie sposobu na optymalizację odżywiania poprzez zbadanie, jak dieta wpływa na kości. W szczególności naukowcy przyglądają się, w jaki sposób zmniejszony stosunek białka zwierzęcego do potasu, który spożywa astronauta, może złagodzić rozpad kości. Pytanie brzmi, czy jeśli załoga spożywa więcej owoców i warzyw przy mniejszej ilości mięsa, czy pomoże to poprawić zdrowie szkieletu?
Odkrycia mogą mieć konsekwencje dla osób cierpiących na utratę masy kostnej na Ziemi, zapewniając możliwe złagodzenie poprzez odpowiednią równowagę w diecie danej osoby. „Praca wykonana na rzecz podróżników kosmicznych w wyjątkowy sposób przyczynia się do ogólnej bazy wiedzy w dziedzinie żywienia i biologii kości” – powiedział Smith.
Budowanie lepszych kości nie jest jednak tak proste, jak picie mleka, niezależnie od tego, czy pijesz ze szklanki, czy z kosmicznej filiżanki kawy. Chociaż witamina D i wapń są jednymi z ważnych składników, w rzeczywistości jest to złożone zadanie dla naukowców, aby zidentyfikować właściwą równowagę środków zaradczych, które można podzielić na trzy kategorie:fizyczne, farmakologiczne i żywieniowe. Naukowcy odkryli, że odżywianie jest dużą częścią tego równania, ale działa w połączeniu z odpowiednim rodzajem i ilością ćwiczeń. Te odkrycia zostały opublikowane w Journal of Bone and Mineral Research .
„W ciągu ostatnich kilku lat widzieliśmy, że odżywianie i ćwiczenia mogą pomóc w ochronie gęstości mineralnej kości u astronautów” – powiedział Smith. „Po raz pierwszy od ponad pół wieku lotów kosmicznych widzieliśmy to. Jeszcze nie skończyliśmy, ale robimy postępy, a to jest niesamowicie ekscytujące”.
Naukowcy podejrzewali, że podobnie jak na Ziemi, dieta i ćwiczenia to zwycięski zespół mający na celu utrzymanie zdrowych kości. Zastosowanie tej wiedzy nie przełożyło się jednak od razu na środowisko kosmiczne. Pierwsze próby ćwiczeń na stacji kosmicznej Mir i pierwsze dni na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wykazały niewielki wpływ na zmniejszenie utraty kości. Załoga potrzebowała ćwiczeń opartych na oporach, które zapewniały wystarczającą „wagę”, aby produktywnie obciążać kości i mięśnie. Wejdź na Advanced Resistance Exercise Device (ARED), które zostało wprowadzone na rynek w 2008 roku. Dodanie ARED pomogło naukowcom udowodnić, że odpowiedni rodzaj ćwiczeń w połączeniu z odżywianiem może utrzymać gęstość mineralną kości.
„Pokazano” – powiedział Smith w swojej publikacji – „że członkowie załogi, którzy mieli dostęp do ARED, wrócili z lotu bez utraty masy ciała, ze zwiększonym procentem beztłuszczowej masy ciała, obniżonym procentem masy tłuszczowej i utrzymaniem gęstość mineralna kości w większości regionów i w skanach całego ciała”.
Rola minerałów i diety w zdrowiu kości stała się przedmiotem innego zainteresowania podczas przebywania na stacji kosmicznej. W 2009 r., gdy załoga przeprowadziła rekultywację wody za pomocą moczu – niezbędnego do długotrwałej eksploracji kosmosu – system musiał zostać wyłączony z powodu obaw o ciśnienie. Okazuje się, że nadmiar minerałów, w szczególności siarczanu wapnia, zapychał sprzęt. Siarka, używana w toalecie stacji kosmicznej, połączyła się z członkami załogi wapniowymi utraconymi w wyniku przyspieszonego rozpadu kości w kosmosie. Wynikające z tego wysokie stężenie wapnia w moczu astronauty wskazywało nie tylko na związek między utratą masy kostnej a wapniem, ale także na potrzebę zwiększenia spożycia wody przez członków załogi. Podobnie, zwiększone spożycie wody pomaga utrzymać niskie ryzyko kamicy nerkowej – kolejny problem dla astronautów.
Naukowcy nadal przyglądają się odpowiedniej ilości spożycia wapnia i innym czynnikom dietetycznym wpływającym na zdrowie kości, w tym witaminie D, kwasom tłuszczowym omega-3, białku i potasowi, sodu, żelaza i fosforowi. Kolejne badanie zaplanowane na stacji kosmicznej, mające na celu znalezienie optymalnej równowagi diety i odżywiania dla zdrowia kości, nosi nazwę Zintegrowane Odżywianie. Eksperymenty będą wspólnym wysiłkiem NASA Space Food Systems Laboratory i Nutritional Biochemistry Laboratory w Johnson.
„Pracujemy nad optymalizacją spożycia wielu czynników dietetycznych, o których wiadomo, że mają ochronny wpływ na kości w badaniach naziemnych lub lotniczych, aby pomóc chronić kości podczas długich lotów kosmicznych” – powiedział Smith. „Jesteśmy bardzo optymistycznie nastawieni do perspektyw dla kości i uważamy, że może to mieć korzystny wpływ również na wiele innych układów organizmu”.
Częścią tej wieloaspektowej troski jest badanie wytrzymałości kości, nie tylko jako całości, ale według tego, które części kości budują się podczas działań zaradczych. Naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się, czy pozorna prewencja jest w rzeczywistości tylko nagromadzeniem dodatkowej kości w wyniku ćwiczeń opartych na oporach, a nie ogólnym zatrzymaniem utraty. Celem jest wyjście poza samą gęstość, aby zrozumieć, w jaki sposób lot kosmiczny wpływa na wytrzymałość kości.
„Chociaż ten tryb przebudowy kości, ze wzrostem resorpcji i formowania kości, utrzymywał gęstość mineralną kości, może dać kość o innych właściwościach wytrzymałościowych niż przed lotem” – kontynuował Scott. „W NASA trwają badania oceniające wytrzymałość kości po locie w celu lepszego zrozumienia tego zjawiska”.
A jeśli się zastanawiałeś, w oparciu o wcześniejsze porównanie z utratą kości u kobiet po menopauzie, naukowcy przyglądają się również płci. Podczas badań na orbicie naukowcy odkryli podobieństwa między płciami w zakresie przetwarzania rozpadu minerałów kostnych.
„W lipcu tego roku opublikowaliśmy dane pokazujące, że reakcja mężczyzn i kobiet na lot kosmiczny – oraz na dietę i ćwiczenia – nie różniła się w odniesieniu do ryzyka wystąpienia kamieni nerkowych i kości” – powiedział Smith. „Liczba latających astronautów jest wciąż stosunkowo niewielka… ale cały czas rośnie. Stacja kosmiczna zapewniła nam świetną platformę i dała nam już wiele lat długich lotów. Zaczynamy być w stanie dostrzegać różnice w reakcjach w miarę ewolucji środków zaradczych i różnic między podgrupami astronautów”.
Publikacje :
- Smith SM. i wsp., „Mężczyźni i kobiety w kosmosie:utrata kości i ryzyko wystąpienia kamieni nerkowych po długotrwałym locie kosmicznym”, Journal of Bone and Mineral Research, lipiec 2014;29(7):1639-45. doi:10.1002/jbmr.2185.
- Scott M. Smith i in., „Korzyści dla kości z ćwiczeń oporowych i odżywiania podczas długotrwałych lotów kosmicznych:dowody z biochemii i densytometrii”, Journal of Bone and Mineral Research, tom 27, wydanie 9, strony 1896–1906 , 2012; DOI:10.1002/jbmr.1647
