Сердце в космосе

Иллюстрация Петра Перевезенцева

С тех пор как Юрий Гагарин открыл человечеству дверь в космос, там побывало больше 600 человек. Из них наших космонавтов — 134, остальные — представители 40 стран. Больше всего, конечно, побывало в космосе американцев — 367 астронавтов.

Профессия космонавта пока что еще не массовая, но одна из самых опасных. Дело не только в катастрофах космических аппаратов — они, к сожалению, случаются. Однако и безо всяких катастроф космонавты платят высокую цену за возможность быть на острие прогресса, за возможность испытать себя по максимуму, за романтику и фантастический вид на Землю из космоса. Цена всему этому — здоровье.

Самая большая проблема, угрожающая жизни космонавтов, это ослабление сердца, которое происходит при работе в невесомости и в условиях космической радиации.

Еще в 2016 году американские ученые выяснили, что астронавты, участвовавшие в миссии «Аполлон», то есть летавшие к Луне и побывавшие на ней, чаще умирают от сердечно-сосудистых заболеваний. Хотя выборка была невелика и в космосе астронавты пробыли суммарно не более 15 дней.

Однако это был дальний космос. Астронавты вышли за пределы магнитосферы Земли, то есть вышли из-под ее защиты и оказались под действием сильной космической ионизирующей радиации. В результате смертность от сердечно-сосудистых заболеваний у лунных астронавтов «Аполлона» была почти в пять раз больше, чем у нелетных астронавтов (Scientific Reports).

Ученые исследовали изменения, которые происходили в организме мышей, помещенных в те же условия (невесомость, ионизирующая радиация). Спустя шесть месяцев после эксперимента у большинства зверьков обнаружили повреждения сосудов, с которых начинается атеросклероз. То есть ионизирующая радиация разрушала эндотелий сосудов и приводила к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

Здоровье космонавтов, поработавших на Международной космической станции (МКС), в свою очередь изучили российские ученые. Три года назад исследователи из НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова, Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна и Института медико-биологических проблем РАН выпустили отчет, в котором представили результаты своего исследования.

Ученые изучили биографии российских и советских космонавтов, треть из которых уже умерли. Выяснилось, что почти половина из них, а именно 47%, скончались из-за проблем с сердцем.

МКС находится ближе к Земле, чем Луна, здесь защита магнитосферы еще работает. Однако космонавты проводят на МКС много времени и чаще других страдают от сердечно-сосудистых заболеваний. Особенно их беспокоит аритмия. В чем здесь причина?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи недавно отправили на МКС устройство «3D-сердце на кристалле» (3D Heart-on-Chip), или трехмерный органоид сердца на чипе. Это компактное устройство, созданное в Университете Джона Хопкинса, состоит из шести камер, заполненных гидрогелем. В гидрогелях, как в теле человека, зафиксированы мышечные клетки сердца, кардиомиоциты, которые получили из стволовых клеток человека. Они безостановочно сокращаются — бьются, как настоящее сердце. Все движения автоматически регистрируют датчики.

Это устройство провело на МКС месяц. Аналогичное, близнец, было на Земле. Затем результаты наблюдения за ними сравнили. Оказалось, что сердечные клетки в космосе чаще сбивались с ритма биения, то есть переходили в режим аритмии, в то время как их родственники на Земле работали без сбоев. А еще приборы зафиксировали, и это важно, что снизилась сила сокращения, то есть сила сердечного удара. Причем это ослабление сердечной мышцы сохранялось и после возвращения на Землю.

В чем причина? В поисках ответа ученые углубились в содержимое сердечных клеток. И тут же выявили нарушения в митохондриях — силовых установках клеток сердечной ткани. Кроме того, исследователи увидели, что в клетках сердечной мышцы, побывавшей в космосе, активировались гены, связанные с нарушениями обмена веществ, сердечной недостаточностью, окислительным стрессом и воспалением. А вот гены, которые связаны с биением сердечной ткани, были подавлены.

На самом деле, подобные процессы происходят у пожилых людей в стареющем сердце. Получается, что сердце, побывавшее в космосе, начинает быстрее стареть. Во всяком случае, последствия аналогичны.

Пока нет ответа на вопрос, что служит причиной быстрого старения сердца — потеря гравитации или повышенный уровень радиации в космосе? Впрочем, эти ответы теперь можно получить, проводя эксперименты в земных лабораториях, что проще и гораздо дешевле.