Атрофия костей в условиях микрогравитации связана с недостатком нагрузки

Воздействие микрогравитации и космического излучения на организм млекопитающих ассоциировано с быстрой потерей костной массы, однако механизмы этой потери требуют более детального изучения. Авторы статьи в PLOS One предположили, что у грызунов это явление связано с механической разгрузкой несущих вес участков скелета, а не с другими системными факторами.

Эксперименты проводили на мышах. Самок возрастом 12 недель распределили по группам (по 10 в каждой). Четыре недели они обитали в клетках, предназначенных для эксперимента, чтобы акклиматизироваться, а в 16-недельном возрасте их запускали на низкую околоземную орбиту. Там животные провели 37 дней, после чего астронавты эвтаназировали их на орбите и направляли на Землю для дальнейшего исследования костной ткани.

Особое внимание авторы статьи уделили бедренной кости, которая в теле мыши выполняет основную несущую функцию. Они обнаружили, что процентный объем костной ткани в головке бедренной кости значительно уменьшился после пребывания в космосе. Другие признаки, включавшие плотность соединения и характеристики трабекул (перекладин, формирующих структуру губчатого вещества кости), также указали на выраженную атрофию костной ткани.

В дистальном эпифизе бедренной кости процентный объем костной ткани тоже снижался в условиях микрогравитации. Толщина трабекул не менялась, но сокращалось их количество и снижалась плотность соединений.

Шейка бедра подвергается действию сил сжатия и изгиба вблизи перехода в диафиз, или тело бедренной кости. Сравнение костных структур мышей, побывавших в космосе и обитавших в условиях земной гравитации, показало, что эндокортикальная область шейки бедра подвержена большему риску эрозии в результате космического полета.

С возрастом в костях уменьшается объем губчатых структур, а кортикальная оболочка утолщается, чтобы повысить силу сопротивления нагрузке. Оказалось, что пребывание в космических условиях замедляло этот процесс. При этом истончение кортикального слоя происходило в области шейки бедра, но не в средней части кости.

Для сравнения авторы проанализировали также состояние второго поясничного позвонка (L2) у мышей, побывавших в космосе. В отличие от бедренной кости, статистически значимых изменений в нем не наблюдалось. Ключевым отличием между этими двумя костными структурами был уровень нагрузки, приходящийся на каждую из них (поясничный позвонок мыши не играет такую же опорную роль, как бедренная кость).

Другое важное наблюдение, сделанное авторами, касалось вторичного окостенения. Микрогравитация ускорила этот процесс в хряще, покрывающем головку бедренной кости, и окостенение было сопряжено с потерей активности хондроцитов.

В целом атрофия костной ткани была связана с механической нагрузкой, которая в норме приходится на тот или иной участок кости. Поэтому авторы заключили, что значимым фактором, из-за которого космический полет способствует потере костной массы, служит механическая разгрузка костей из-за микрогравитации.

После месяца в космосе у «сердец на чипе» развилась аритмия