Международная космическая станция (МКС) не просто место пребывания людей на околоземной орбите. Это большая лаборатория, и целая программа в ней посвящена исследованию костного мозга. Как он работает в условиях космоса и почему это может помешать полету человека на Марс?

Американец Тим Копра берет кровь из вены у тезки, британца Тима Пика. Процедуру они проводят не в медицинском кабинете, а в научном модуле МКС, в 400 километрах от Земли. И это одна из тысяч проб, взятых у космонавтов в рамках программы «Изучение костного мозга».

В 2015 году ее запустило Канадское космическое агентство. Для реализации программы НАСА и Европейское космическое агентство предоставили свои лабораторные модули на МКС – «Дестини» и «Коламбус». На Земле проект курирует группа ученых из Университета Оттавы, ею руководит доктор медицины Ги Трюдель.

Их работа важна не только для космической отрасли, но и для простых землян. Похожее воздействие на костный мозг, оказывается, испытывают люди, которые на долгое время прикованы к постели из-за болезни. Что же общего у костного мозга космонавтов и лежачих больных и можно ли им помочь?

Русский след

Уже у первых космонавтов после возвращения на Землю фиксировали изменения крови. За рубежом это явление в 1974 году назвали космической анемией. У нас в 1981-м для него придумали понятие посложнее – «адаптационный эритроцитопенический синдром невесомости». По сути речь шла об одном и том же.

Из-за пребывания в космосе в крови космонавта снижается количество эритроцитов, уменьшается концентрация в них гемоглобина. А поскольку этот белок помогает доставлять кислород ко всем клеткам организма, начинается кислородное голодание. Человек в таком состоянии чувствует слабость, сонливость, может кружиться голова и интенсивно биться сердце. Удивительно то, что анемия сильнее проявляет себя уже после возвращения на Землю, когда вместо микрогравитации на космонавта обрушивается вся сила земного притяжения.

Конечно, это большой риск, поэтому в проблеме пытались разобраться ученые. И с особым рвением уже в XXI веке, когда освоение дальнего космоса и пилотируемый полет на Марс стали казаться не просто мечтой.

Так, в первой половине 2000-х российские космонавты провели на МКС серию экспериментов по изучению космической анемии. Выяснилось, что при длительном полете меняется форма эритроцита, а также содержание в нем гемоглобина.

Эритроцит по форме сравнивают с пончиком (по-научному это двояковогнутый диск), в таком виде он достаточно эластичен, чтобы свободно двигаться по капиллярам и разносить кислород по всему организму, а затем попасть в селезенку, где и погибнуть (Кровь5 рассказывала, как это происходит).

После возвращении на Землю потребность тканей организма в кислороде растет, а вот эритроцитов, которые его туда доставляют, недостает. В результате от гипоксии страдают в первую очередь мозг и сердце. Поэтому после приземления космонавтам с выявленной анемией нужно стимулировать эритропоэз, то есть процесс формирования эритроцитов из кроветворных стволовых клеток.

Исследования продолжились в 2010 году в рамках проекта «Марс-500». Это эксперимент по имитации пилотируемого полета на Марс, организованный на Земле Роскосмосом совместно с Российской академией наук. В нем участвовали шесть добровольцев, которые 520 суток находились в замкнутом пространстве, где воспроизводилась обстановка экспедиции на Марс, какой она могла бы быть.

Его результаты подтвердили: форма эритроцитов меняется, концентрация гемоглобина снижается, кислород переносится хуже. А еще красные кровяные клетки преждевременно гибнут. И причина тому не только микрогравитация, другая большая проблема – недостаток физической активности.

Канадский вклад

В мире растет интерес к космическому туризму, а планы полететь к Марсу приобретают все более четкие контуры. Нужно оценивать риски таких путешествий, не опасны ли они для здоровья человека?

С этой целью исследователи из Университета Оттавы обратились к многолетней базе данных. «В общей сложности 17 336 измерений концентрации гемоглобина у участников 721 космического полета были использованы, чтобы изучить влияние продолжительного пребывания в космосе», – говорится в их статье, опубликованной в American Journal of Hematology. У них получилось оценить масштаб явления.

Чтобы разобраться в причине анемии, канадские ученые решили изучить костный мозг. Ведь именно в нем рождаются эритроциты и другие клетки крови.

Участниками исследования стали космонавты из нескольких экспедиций на МКС начиная с 2015 года от НАСА и Европейского космического агентства. Пробы крови они сдавали до полета, в период своего пребывания на станции и в течение года после возвращения на Землю. Во время полета по специально разработанной технологии у них также собирались образцы дыхания. Это было нужно, потому что по концентрации угарного газа можно судить о погибших эритроцитах.

Начнем с того, что костный мозг бывает двух типов. В красном преобладают те самые кроветворные клетки. В желтом – преимущественно жир. У новорожденного больше красного костного мозга. Но в течение жизни постепенно происходит накопление желтого костного мозга. Более того, жировые клетки подавляют производство клеток крови.

«На Земле накопление жира в костном мозге и изменение кроветворения связаны с естественным старением, но еще с ограниченной подвижностью или длительными периодами постельного режима, – рассказывает руководитель программы «Изучение костного мозга» доктор Ги Трюдель. – Такие пациенты испытывают на себе небольшую силу, действующую на их скелет, что приводит к накоплению жира в костном мозге. Космонавт, который восстанавливается после микрогравитации, похож на такого пациента, проходящего интенсивную терапию».

Причина изменений кроется в недостаточной физической активности как у лежачих больных, так и у космонавтов. Отсутствие механической стимуляции костей, дополняет Трюдель, подталкивает костный мозг к производству жировой ткани и, как следствие, подавлению кроветворения.

Следующий этап – изучение обратимости этих процессов. То есть возвращается ли состав костного мозга и производство клеток крови к предполетному уровню, когда экипаж прилетает на Землю или другую планету. И если да, то как это простимулировать.

«Результаты нашей работы могут помочь в поиске контрмер, таких как комплексы физических упражнений, медикаментозные или генетические методы лечения и профилактики», – поясняет руководитель исследования.

Открытый финал

Программа «Изучение костного мозга» на МКС завершится в 2021 году. Но вопросов еще много. Например, космонавты восприимчивы к инфекциям (во время полета меняется и работа лейкоцитов), а также склонны к тромбозу (из-за измененных тромбоцитов). И эти риски заметно возрастают, когда речь идет о длительных космических экспедициях.

«Космическая радиация может вызывать как краткосрочное, так и долгосрочное повреждение стволовых клеток крови в костном мозге, – утверждается в работе ученых из Франции, опубликованной в Journal of Leukocyte Biology. – Радиация, в частности, вызывает мутации в лимфоцитах. Эти клетки крови играют ключевую роль в работе иммунной системы, и любое их повреждение ослабляет ее».

Французские исследователи предупреждают, что «в космосе Т-лимфоциты менее способны нормально делиться и эффективно бороться с инфекцией, то есть со временем иммунодефицит может привести к быстрому распространению инфекции среди членов экипажа в условиях замкнутой системы космического корабля».

Многое еще предстоит узнать и понять, но уже очевидно: без исследования костного мозга нам на Марс не полететь.

Фото: NASA