Jak wynika z nowego badania prowadzonego przez naukowców z UCL, struktura i funkcja nerek ulega zmianie podczas lotu kosmicznego, a promieniowanie galaktyczne powoduje trwałe uszkodzenia, które zagroziłyby każdej misji na Marsa.
Badanie, opublikowane w Nature Communications, jest największą jak dotąd analizą stanu nerek podczas lotów kosmicznych i obejmuje pierwszy zbiór danych na temat stanu zdrowia astronautów komercyjnych. Jest publikowana jako część specjalnego zbioru artykułów Nature na temat przestrzeni kosmicznej i zdrowia.
Naukowcy wiedzą, że loty kosmiczne powodują pewne problemy zdrowotne od lat 70. XX wieku, kiedy to ludzie po raz pierwszy wyszli poza pole magnetyczne Ziemi, co było najsłynniejsze podczas pierwszego lądowania na Księżycu w 1969 r. Problemy te obejmują utratę masy kostnej, osłabienie serca i wzroku i rozwój kamieni nerkowych.
Uważa się, że wiele z tych problemów wynika z narażenia na promieniowanie kosmiczne, takie jak wiatry słoneczne ze Słońca i galaktyczne promieniowanie kosmiczne (GCR) z głębi kosmosu, przed którymi chroni nas ziemskie pole magnetyczne na Ziemi1. Ponieważ większość załogowych lotów kosmicznych odbywa się na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) i jest częściowo chroniona przed ziemskim polem magnetycznym, tylko 24 osoby, które podróżowały na Księżyc, były narażone na nieograniczony GCR i tylko przez krótki czas (6–12 dni). ).
Nikt nie badał, jakie zmiany mogą zachodzić w nerkach i innych narządach w wyniku warunków, jakich można doświadczyć podczas podróży kosmicznych poza pole magnetyczne Ziemi przez dłuższe okresy czasu.
W ramach badania finansowanego przez Wellcome, St Peters Trust i Kidney Research UK (KRUK) zespół badaczy pod kierunkiem UCL z ponad 40 instytucji na pięciu kontynentach przeprowadził szereg eksperymentów i analiz, aby sprawdzić, jak nerki reagują na lot kosmiczny.
Obejmowało to ocenę biomolekularną, fizjologiczną i anatomiczną z wykorzystaniem danych i próbek z 20 kohort badawczych. Obejmowało to próbki z ponad 40 misji kosmicznych na niską orbitę okołoziemską z udziałem ludzi i myszy, z których większość była na Międzynarodową Stację Kosmiczną, a także 11 symulacji kosmicznych z udziałem myszy i szczurów.
W siedmiu z tych symulacji uczestniczyły myszy narażone na symulowane dawki GCR odpowiadające 1,5-letnim i 2,5-letnim misjom marsjańskim, naśladującym lot kosmiczny poza ziemskim polem magnetycznym.
Wyniki wykazały, że warunki panujące w przestrzeni kosmicznej powodują „przebudowę” nerek zarówno ludzi, jak i zwierząt, przy czym określone kanaliki nerkowe odpowiedzialne za dostrojenie równowagi wapnia i soli wykazują oznaki kurczenia się po niecałym miesiącu przebywania w przestrzeni kosmicznej. Naukowcy twierdzą, że prawdopodobną przyczyną tego jest raczej mikrograwitacja niż GCR, chociaż potrzebne są dalsze badania w celu ustalenia, czy interakcja mikrograwitacji i GCR może przyspieszyć lub pogorszyć te zmiany strukturalne.
Wcześniej zakładano, że głównym powodem powstawania kamieni nerkowych podczas misji kosmicznych jest wyłącznie utrata masy kostnej wywołana mikrograwitacją, prowadząca do gromadzenia się wapnia w moczu. Odkrycia zespołu UCL wskazują raczej, że lot kosmiczny zasadniczo zmienia sposób, w jaki nerki przetwarzają sole, i prawdopodobnie jest to główna przyczyna powstawania kamieni nerkowych.
Być może najbardziej niepokojącym odkryciem, przynajmniej dla każdego astronauty rozważającego trzyletnią podróż na Marsa, jest to, że nerki myszy narażonych na promieniowanie symulujące GCR przez 2,5 roku doświadczyły trwałego uszkodzenia i utraty funkcji.
Dr Keith Siew, pierwszy autor badania z London Tubular Centre na Wydziale Medycyny Nefrologicznej UCL, powiedział: „Wiemy, co przydarzyło się astronautom podczas stosunkowo krótkich misji kosmicznych przeprowadzonych do tej pory, pod względem wzrostu problemy zdrowotne, takie jak kamienie nerkowe, nie wiemy, dlaczego te problemy występują ani co stanie się z astronautami podczas dłuższych lotów, takich jak proponowana misja na Marsa.
„Jeśli nie opracujemy nowych sposobów ochrony nerek, powiedziałbym, że chociaż astronauta mógłby dotrzeć na Marsa, w drodze powrotnej może potrzebować dializy. Wiemy, że nerki późno wykazują oznaki uszkodzeń popromiennych; zanim stanie się to oczywiste, będzie już prawdopodobnie za późno, aby zapobiec niepowodzeniu, które miałoby katastrofalne skutki dla szans powodzenia misji”.
Autorzy twierdzą, że choć wyniki wskazują na poważne przeszkody dla misji na Marsa, konieczne jest zidentyfikowanie problemów, zanim będzie można opracować rozwiązania.
Profesor Stephen B. Walsh, starszy autor badania z London Tubular Centre na Wydziale Medycyny Nerek UCL, powiedział: „Nasze badanie podkreśla fakt, że jeśli planujesz misję kosmiczną, nerki naprawdę mają znaczenie. Nie możesz chronić je przed promieniowaniem galaktycznym przy użyciu ekranowania, ale w miarę jak dowiemy się więcej o biologii nerek, możliwe będzie opracowanie środków technologicznych lub farmaceutycznych ułatwiających dłuższe podróże kosmiczne.
„Wszelkie leki opracowane dla astronautów mogą być również korzystne tutaj, na Ziemi, na przykład umożliwiając nerkom pacjentów chorych na raka tolerowanie wyższych dawek radioterapii, przy czym nerki są jednym z czynników ograniczających w tym zakresie”.
Chociaż w badaniu opisano jedynie to, co dzieje się z nerkami w okresie do dwóch i pół roku, są to najpełniejsze dostępne obecnie dane.