Atunci când astronauții părăsesc protecția Pământului și pornesc spre Marte, două forțe fundamentale ies în prim-plan, fiind în mod natural protejate de suprafața planetei noastre: radiația și lipsa gravitației. În mediile spațiale, aceste efecte sunt mult mai intense și ridică întrebări serioase despre capacitatea corpului uman de adaptare. Un nou studiu realizat de o echipă din Wisconsin Medical College, publicat în PLoS One, analizează ce consecințe pe termen lung ar putea avea expunerea similară unei misiuni de trei ani. Cercetătorii subliniază că răspunsurile posibile rămân neclare, iar multe rezultate sunt încă marcate de incertitudini.

Potrivit cercetătorilor, timpul petrecut în mediul profund spațial aduce două provocări majore radiația și microgravitația, care, în absența protecției terestre, pot provoca reacții celulare și organice neașteptate. Expunerea pe termen lung poate afecta mai multe funcții, iar scopul studiului este să descrie cum evoluează aceste procese în organismul uman.

Dat fiind că experiențele controlate pe oameni pe termen lung sunt etic și practic limitate, cercetătorii folosesc șobolani ca modele. Aceștia sunt exemplari de vârstă mijlocie, aproximativ corespunzători vârstei unui astronaut în începutul carierei pentru a reflecta mai fidel răspunsurile fiziologice reale. Explicațiile despre motivul alegerii șobolanilor și despre modul în care pot fi simulate condițiile din spațiul cosmic sunt prezentate în detaliu în studiu.

Abordare experimentală și simulări

În condițiile terestre, efectul lipsei gravitației este simulat prin protocolul HLU, adică hindlimb unloading. În această cercetare, șobolanii au fost ridicați cu picioarele posterioare și trunchiul înclinat la un unghi de 30 de grade, iar un dispozitiv plasat în jurul cozii fixează corpul. Prin dezechilibrarea greutății, cea mai mare parte a fluidelor corporale se deplasează către cap, în timp ce partea superioară a corpului este menținută într-o poziție care să reflecte starea de microgravitație. Metoda urmărește să reproducă procesele din zborurile spațiale reale.

Radiația a fost generată printr-un dispozitiv special proiectat la Brookhaven National Laboratory, în NASA Space Radiation Laboratory. Sistemul SIMGCRsim cu cinci ioni și șase fascicule este un dispozitiv care proiectează protoni rapizi și ioni grei, precum siliciu și fier, pentru a reproduce compoziția complexă a radiației cosmice întâlnite în mediul profund. Scopul este să recree cât mai fidel posibil efectele radiației cosmice reale în laborator.

Conform protocolului experimental, șobolanii au fost menținuți în condiții de lipire de greutate timp de cinci zile, apoi au fost expuși câteva minute la radiații foarte intense, iar apoi au continuat să rămână fără greutate încă 25 de zile. Perioada de observație a durat aproximativ un an, corespunzător aproximativ 25–30 de ani de viață umană. Astfel cercetătorii pot observa efectele pe termen lung, asemănătoare îmbătrânirii naturale.

Aerzonele potențiale ale radiațiilor cosmice asupra inimii

Unul dintre principalele rezultate este că, la o doză de 1,5 Gy, la șobolani apare fibroză perivascular, adică formarea de țesut cicatricial în jurul vaselor ce hrănesc inima. La 270 de zile după expunere, dimensiunea țesutului cicatricial s-a dublat, comprimând arterele care joacă un rol important în reglarea tensiunii arteriale, crescând riscul de infarct miocardic. În acest caz, impactul lipsei gravitației a părut să fie mai puțin semnificativ; fenomenul a fost provocat de radiație.

Ca o curiozitate, o doză mai mică, corespunzătoare dozei totale estimate pentru o misiune de trei ani pe Marte, nu a dus la apariția imediată a cicatricilor. După un an, 83% dintre șobolani aveau cicatrici vizibile, sugerând că efectele radiației pot apărea în decenii. În plus, partea imunitară a organismului a fost afectată: splina a suferit o scădere a populației de NK-celule, iar capacitatea de reacție a organismului a rămas alterată pe termen lung; efectele combinate ale microgravitației și radiației pot diminua capacitatea de regenerare.

De asemenea, analizând mutațiile genelor leucocitelor, s-a identificat apariția mutațiilor în genele CHIP (Hematopoiesis clonale de potențial necunoscut). Aceste mutații pot crește riscul de leucemie și de evenimente cardiovasculare, deoarece celulele mutate pot fi mai frecvente în circulație și pot provoca inflamații în peretele arterial.

Schimbări genetice și CHIP

Studii indică faptul că mutațiile CHIP generate de expunerea la radiații pot rămâne în cadrul materialului genetic al leucocitelor, generând riscuri pe termen lung pentru sănătate. CHIP poate fi legat de îmbătrânirea sistemelor hematopoietice și creșterea proceselor inflamatorii.

Mutările asociate CHIP pot crește semnificativ riscul de leucemie și evenimente cardiovascular, deoarece inflamația poate afecta peretele arterelor și poate declanșa simptome cardiace mai precoce. Studiile sugerează că radiația poate accelera aceste procese, iar interacțiunea cu microgravitația poate modifica răspunsurile celulare.

Cercetătorii recunosc limitările studiului: doza a fost administrată ca un singur impuls, nu expunere continuă, iar studiul a folosit doar masculi, iar extrapolarea rezultatelor la oameni nu este direct; includerea femelelor și a altor specii rămâne deschisă pentru cercetări viitoare.

Limitări și concluzii

Un mesaj-cheie este că radiația și microgravitația pot determina modificări semnificative în inimă și în sistemul imunitar, aspecte ce trebuie luate în calcul în planificarea misiunilor spațiale mai lungi.

Studiul subliniază limitări importante: testele pe șobolani de sex masculin pot restrânge validitatea concluziilor; este necesar să se includă femele și alte specii pentru a echilibra răspunsurile.

În ansamblu, rezultatele oferă informații valoroase despre răspunsurile biologice și pot sprijini dezvoltarea strategiilor de protecție medicală pentru viitoarele misiuni spațiale, în timp ce cercetătorii continuă să lămurească mecanismele de diviziune celulară și inflamație pentru a înțelege mai bine interacțiunea dintre radiație și microgravitație.