Что станет с человеческим сердцем после полета на Марс? Ученые проверили

Космическая радиация может вызывать негативные изменения в сердце, которые проявятся спустя годы после полета в дальний космос. Ученые из Медицинского колледжа Висконсина и других научных центров США проверили это на крысах: после облучения, которое имитировало космические лучи, вокруг сосудов сердца у животных разрослась рубцовая ткань. Изменения сохранялись через год после опыта. Работа вышла в журнале PLOS One.

Исследователи изучали, как на организм влияют два самых опасных условия будущей экспедиции к Марсу: радиация и невесомость. На поверхности Земли атмосферa и магнитное поле защищают нас от значительной части космического излучения. За пределами планетарного магнитного щита космонавты будут получать дозу на протяжении всего путешествия. Оно займет в среднем 9 месяцев в одну сторону. Ученые хотели выяснить, какие последствия могут сохраниться после того, как человек вернется домой.

В опытах участвовали самцы крыс в возрасте 8-9 месяцев. Для крыс это эквивалент человеческого среднего возраста – 30-45 лет, примерно столько же опытным космонавтам на пике карьеры. В Брукхейвенской национальной лаборатории животных облучали на установке NASA simGCRsim. Она создает пучки протонов и более тяжелых ионов, в том числе кремния и железа. Их сочетание воспроизводит состав космического излучения, которое проходит через защиту корабля.

Часть крыс получила дозу 1,5 грея. Грей — единица, которая показывает, сколько энергии излучения поглотило вещество. Через 270 дней вокруг сосудов сердца у этих животных было примерно вдвое больше коллагена, чем у крыс из контрольной группы. Избыток этого белка образует плотную рубцовую ткань — фиброз. Он нарушает кровоснабжение сердечной мышцы.

В отдельном опыте ученые снизили дозу вдвое, до 0,75 грея. По оценке авторов, она соответствует дозе, которую космонавты могут получить за экспедицию к Марсу. Через 360 дней фиброз обнаружили у 83% крыс, сердца которых исследовали в этой группе.

Чтобы имитировать некоторые эффекты невесомости, ученые также на 30 дней приподнимали заднюю часть тела крыс с помощью креплений на хвосте. Животные опирались на передние лапы, а их тело находилось под углом около 30 градусов к полу. Это снимало нагрузку с задних конечностей и смещало жидкости к голове. Через пять дней после начала опыта крысы получали дозу излучения, затем оставались в таком положении еще 25 дней. Сама по себе эта модель невесомости не вызвала фиброз и не усилила его у облученных животных.

При этом иммунная система реагировала на оба фактора. Модель невесомости уменьшала число естественных киллеров в селезенке — иммунных клеток, которые уничтожают зараженные и опухолевые клетки. Она также меняла уровень сигнальных белков, с помощью которых клетки координируют иммунный ответ. Радиация влияла на часть этих реакций, но два фактора не усиливали друг друга во всех случаях.

Ученые также сравнили ДНК клеток крови у трех облученных и трех контрольных крыс. Они нашли различия в генах, некоторые из которых у людей связаны с клональным кроветворением. При этом состоянии потомки одной измененной клетки крови постепенно становятся многочисленнее других. У людей оно связано с повышенным риском лейкоза и сердечно-сосудистых заболеваний.

Однако небольшой опыт на крысах не доказывает, что после полета в дальний космос человек столкнется с фиброзом и многократно повышенным риском инфарктов. Эксперимент не воспроизводит путешествие к Марсу полностью. Крысы получили всю дозу за короткое время, а экипаж будет набирать ее месяцами и годами. Кроме того, крысы живут 3 года, а люди – гораздо дольше. За несколько лет человеческие клетки могут успеть исправить часть повреждений, и пока неясно, как это повлияет на итоговый риск для экипажей долгих экспедиций.

Кроме того, исследователи работали только с самцами крыс, а к Марсу могут полететь и женщины. Поэтому работа помогает определить, какие отдаленные последствия нужно предвидеть, но не позволяет точно рассчитать вероятность болезни у космонавтов.