NASA科学家分享微重力骨骼研究

半个世纪后的微重力骨研究

微计算机断层扫描骨密度成像显示,地面小鼠(G)具有高度连接、致密的海绵状骨结构,飞行小鼠(F)连接性较差,在STS-118上使用肌肉生长抑制素抑制剂(F+D)治疗的飞行小鼠似乎具有不受微重力影响的骨结构。图片来源:Bioserve

在今年的美国骨骼和矿物研究协会会议上,美国国家航空航天局科学家们分享了他们从半个世纪以来的相关太空飞行研究中了解到的微重力如何对骨密度产生负面影响。

一旦你到了50岁,你可能会预料到一些健康变化,比如开始骨质流失。你可能想不到在你的全盛时期会遇到这样的挑战——除非你患有骨质疏松症、行动不便或曾是宇航员。早在太空飞行的早期,科学家就知道微重力会对骨密度产生负面影响。研究这种生活在太空中的后果为研究人员提供了加速骨骼健康研究的机会。

骨骼研究始于人类太空旅行之初,在太空和地面都进行了实验。这一领域的研究今天仍在国际空间站上继续进行,并在前人的基础上进行了调查。船员在一个月内失去的骨密度相当于一个绝经后的妇女在一年内失去的骨密度。科学家可以利用微重力条件在更短的时间内完成更多的研究。他们在太空进行的调查研究了骨质流失的原因并确定了对策,同时有助于开发在地球和太空中使用的治疗方法。

“在一个6个月的任务中,我们可以做关于抵消骨质流失的研究,这大约相当于在地球上进行为期5年的纵向研究,”斯科特·m·史密斯博士说,他是位于休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心营养生物化学实验室的经理。国外欧洲杯足球彩票“这有助于我们看到比地球上更快的生理变化,而且研究人群与典型的[地面]研究非常不同。这种观点有助于全面理解,并为一般的知识库提供了有价值的补充,使我们所有人都能更快地得到治疗。”

在最近出版的《人类太空旅行五十年:对骨骼和钙研究的启示》一书中,斯科特和他的同事回顾了从中吸取的教训。他指出,为了对抗微重力下的骨质流失,我们在促进地球上的骨骼健康方面取得了进展。例如,在太空中使用啮齿类动物进行的模型动物研究已经为缓解骨质流失的药物的临床试验做出了贡献。其中一些治疗方法已经可供人们使用。

轨道上的研究仍在继续,如Pro-K调查,该调查将与目前的机组人员一起完成样本收集。Pro-K的目标是通过研究饮食对骨骼的影响来开发一种优化营养的方法。具体来说,研究人员正在研究宇航员摄入的动物蛋白与钾的比例降低如何减轻骨骼分解。问题是,如果船员多吃水果和蔬菜少吃肉,这是否有助于改善骨骼健康?

这一发现可能对地球上那些遭受骨质流失的人有影响,通过个人饮食的适当平衡提供可能的缓解。史密斯说:“为太空旅行者所做的工作对营养和骨骼生物学领域的整体知识基础做出了独特的贡献。”俄罗斯比利时赔率

然而,想要拥有更好的骨骼并不像喝牛奶那么简单,无论你是用玻璃杯喝还是用太空咖啡杯喝。虽然维生素D和钙是维生素的重要组成部分,但对科学家来说,确定正确的对策是一项复杂的探索,这些对策可分为三大类:生理的、药理的和营养的。研究人员发现,营养在这个等式中占了很大一部分,但如果结合正确的类型和运动量,它就会起作用。这些发现发表在《骨骼与矿物质研究杂志》上

史密斯说:“在过去几年里,我们已经看到,营养和锻炼可以帮助保护宇航员的骨密度。”“这是我们在半个多世纪的太空飞行中第一次看到这种情况。我们还没有结束,但我们正在取得进展,这非常令人兴奋。”

科学家们曾怀疑,就像在地球上一样,饮食和锻炼是保持人体骨骼健康的有利因素。然而,这种知识的应用并没有立即转化到太空环境中。最初在和平号空间站和国际空间站进行的锻炼对减轻骨质流失的影响不大。船员们需要基于阻力的锻炼,以提供足够的“重量”,以产生对骨骼和肌肉的压力。2008年推出的Advanced Resistance Exercise Device (ARED)问世了。ARED的加入帮助研究人员证明,正确的运动,结合营养,可以保持骨密度。

史密斯说:“什么是显示在他的出版,“是船员曾访问返回的火鸟飞行没有失去体重,增加比例的精益质量,减少脂肪量的百分比,和维护骨矿物质密度在大部分地区和全身扫描。”

在空间站居住期间,矿物质和饮食在骨骼健康方面的作用成为了一个不同的焦点。2009年,当宇航员使用尿液进行水回收时(这是长时间太空探索的必要条件),该系统因压力问题不得不关闭。结果是过量的矿物质,尤其是硫酸钙,堵塞了硬件。在空间站的厕所里使用的硫磺,与宇航员在太空中骨骼加速分解而流失的钙结合在一起。由此导致的宇航员尿液中钙的高浓度不仅表明了骨质流失和钙的关系,还表明了宇航员需要增加饮水量。同样,增加水的摄入有助于降低患肾结石的风险——这是宇航员们的另一个担忧。

研究人员继续研究钙摄入量和其他有助于骨骼健康的饮食因素,包括维生素D、omega-3脂肪酸、蛋白质和钾、钠、铁和磷。为了骨骼健康,计划在太空站进行的下一项研究是寻求饮食和营养的最佳平衡,称为综合营养。这些实验将由NASA的太空食品系统实验室和约翰逊的营养生物化学实验室团队共同努力。国外欧洲杯足球彩票

史密斯说:“我们正在努力优化一些在地面或飞行研究中已知对骨骼有保护作用的饮食因素的摄入,以帮助在长时间的太空飞行中保护骨骼。”“我们对骨骼的前景非常乐观,并相信这可能对身体的许多其他系统也有有益的影响。”

这种多方面的关注的一部分是检查骨骼强度,不仅仅是作为一个整体,而是根据在应对措施中骨骼的哪些部分正在形成。研究人员希望弄清楚,这种表面上的预防是否真的只是因为阻力运动增加了骨骼,而不是阻止了整体的骨质流失。我们的目标是超越密度,了解太空飞行是如何影响骨骼强度的。

斯科特继续说:“虽然这种骨重塑模式,随着骨吸收和形成的增加,保持了骨密度,但它可能产生与飞行前不同的强度特征。”“为了更好地理解这一现象,NASA正在进行飞行后评估骨骼强度的研究。”

如果你想知道,根据早期与绝经后女性骨质流失的比较,研究人员也在研究性别。在轨道上的研究过程中,研究人员发现两性在处理骨矿物质分解方面有相似之处。

今年7月,我们公布了数据表明男性和女性对太空飞行的反应——以及饮食和锻炼——在患骨结石和肾结石的风险方面没有不同,”史密斯说。“航天员的数量仍然相对较少,但一直在增长。空间站为我们提供了一个巨大的平台,它已经为我们提供了多年的长时间飞行。随着应对措施的发展,我们开始能够看到反应的差异,以及宇航员亚组之间的差异。”

出版物

  • 史密斯SM。,“太空中的男性和女性:长时间太空飞行后骨质流失和肾结石风险”,《骨与矿物研究杂志》,2014年7月;29(7):1639-45。doi: 10.1002 / jbmr.2185。
  • Scott M Smith等人,“长时间太空飞行中抵抗运动和营养对骨骼的好处:来自生物化学和密度测量的证据”,《骨骼和矿物研究杂志》,第27卷,第9期,1896-1906页,2012;国外欧洲杯足球彩票DOI: 10.1002 / jbmr.1647

图片:Bioserve

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